格子Boltzmann方法模拟咸水吸收CO2的Rayleigh对流过程

摘要

由溶解的CO2引发的Rayleigh对流,对咸水层中CO2的捕获与封存至关重要.为了更加直观地了解该过程的混合规律和盐浓度变化带来的影响,本文采用格子Boltzmann方法(LBM)对该过程进行了模拟.通过建立包含密度和浓度分布函数的双分布模型,同时引入静电力和体积力等外力项,对293.15K、101kPa下有多个离散的CO2扩散源时的浓度分布进行了模拟.结果表明,模拟得到的Rayleigh对流结构、对流发生时间、流场速度和瞬时传质通量的数量级与前人研究结果一致;在咸水吸收CO2过程中,Rayleigh对流结构可有效强化传质;瞬时传质通量随着时间增长先减小后增大再减小,对应了Rayleigh对流结构产生、发展、稳定的变化过程.同时模拟CO2在纯水和不同盐浓度咸水中的溶解过程结果表明,盐浓度的增加会延迟Rayleigh对流的开始时间、降低传质效率,这与前人的实验结果一致,模拟结果可为不同盐浓度咸水层中CO2的封存提供指导.