【学术成果】甄莹教师团队在超临界二氧化碳止裂控制研究方向取得新进展

近日，我们甄莹教师团队在超临界二氧化碳止裂控制研究方向取得新进展，相关研究成果《A pressure decompression model-based finite element approach for efficient dynamic fracture analysis in CO₂ pipelines》发表在《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》。论文第一作者为甄莹老师，通讯作者为曹宇光教授，太阳集团网址8722为第一署名单位和唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金面上项目及山东省自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费项目的联合资助。

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碳中和目标下，超临界态CO₂管道输送已成为碳捕集利用与封存（CCUS）技术发展的必然趋势。该输送模式下管道裂纹易发生快速长程扩展，因此，开展止裂控制研究迫在眉睫。为解决现有流固耦合模型建模难度高、计算效率低而无法广泛用于CO₂管道裂纹扩展预测的问题，提出了一种基于减压模型的CO₂管道裂纹动态扩展模拟方法。基于该方法对超临界CO₂管道与天然气管道裂纹扩展过程中管内压力分布规律、裂纹扩展长度、裂纹扩展速度等断裂行为规律进行了系统对比。

 CO₂减压模型

研究结果表明所构建的减压模型可有效描述裂纹扩展过程中管内压力时空演化规律，同时可避免对复杂流固耦合问题的求解，为后续超临界CO₂管道断裂行为参数化研究及止裂预测模型的构建奠定了基础。管道裂尖后压力分布差异是导致天然气管道止裂控制方法对超临界CO₂管道不再适用的主要原因，相较于天然气管道，超临界CO₂管道更不易止裂，断裂后果更为严重。

CO₂管道与天然气管道裂纹扩展行为对比