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气体水合物作为一种特殊的相变材料在天然气储存和运输、相变蓄冷以及资源开采领域有着巨大的发展潜力。但是气体水合物复杂的生成和分解特性是制约水合物资源开发及技术应用的关键点,基于此本文搭建了一套高压可视化水合物实验平台,重点研究了水合物沉积物的生长和分解形态,水合物二次生成的记忆效应以及降压对记忆效应的影响机制和内在关联。具体研究内容如下:(1)实验获取了THF水合物和甲烷水合物的生成分解形态及赋存规律。阐明了甲烷水合物首次生成和二次生成不同的生长规律,并在二次生成过程中首次发现了不稳定的絮状水合物,它呈现出先增加后减小的特性。这种絮状水合物是首次通过实验的方式证明了微纳米气泡与水合物二次生成记忆效应的内在关联。此外在水合物沉积层中观察到了气体的迁移通道以及多孔介质的膨胀。膨胀现象在降压分解中更加明显,水合物分解过程的体积膨胀率达到64.7%。这些赋存特性对水合物分解过程的传热有重要作用。(2)实验研究了压差和温度对记忆效应及其稳定性的影响。实验结果显示在封闭升温分解模式下,水合物二次生成诱导期缩短,记忆效应倾向于稳定。随着分解温度的升高记忆效应逐渐减弱,当温度超过25°C时记忆效应消失。随着背压的降低,降压分解后水合物首次生成以及稳定生成的记忆效应逐渐减弱,其中水合物在大气压下分解后二次生成的诱导期和过冷度分别是未经过降压的3倍和2倍。在系统压力补偿后,位于多孔介质上方的水层厚度随着背压的降低逐渐减小,当水合物在大气压下分解时,水层完全消失,该现象导致了水合物首次生成的诱导期比二次生成缩短了1/3。(3)实验研究了多孔介质在水不饱和条件下的水合物生长特性和记忆效应。结果表明当纯甲烷水合物集中在多孔介质上方生成时,它的生成速率会得到显著提高,大约是水合物首次生成的18倍。此外,纯甲烷水合物在4.4 MPa下分解后首次生成的诱导期是最短的,它比未经过降压的首次生成缩短了64.3%。(4)基于研究结果,自主设计开发了一套基于制冷剂沸腾-冷凝过程的水合物强化生成方法及实验平台。通过对R134a制冷剂水合物在沸腾-冷凝模式下的生成和分解进行初步研究,发现在该模式下水合物生成的诱导期消失,生长速率得到了数量级的提升,实验证明气液交界面增加、传质强化以及扰动现象是制约水合物生长速率的关键因素。