A tek eksenli sıkıştırma deney ile CO2-rulman kömür kullanarak bir Visualized ve Constant-hacim gaz-katı kavrama test sistemi
12 Haziran 2019
Bu protokol, bir briket örneğinin nasıl hazırlanacağını ve farklı CO2 basınçlarında bir briket ile tek eksenli sıkıştırma deneyi görselleştirilen ve sabit hacimli gaz-katı bağlantı test sistemini kullanarak nasıl yapılacağını gösterir. Ayrıca, CO2 adsorpsiyon tarafından indüklenen kömür fiziksel ve mekanik özellikleri açısından değişiklikleri araştırmak amaçlamaktadır.
Bu yöntem, kömürün özellikleri ve gaz adsorpsiyonu arasındaki ilişki hakkında karbondioksit jeolojik tutma ve kömür yatağı metan geri kazanımı alanında anahtar soruların cevapılmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin en büyük avantajı statik ve dinamik yükün sabit hacim durumunda briketüzerinde uygulanabiliyor olması ve tüm deney sürecinin fotoğrafik izleme ile görselleştirilmesidir. Numune nin türleri için özel bir gereklilik yoktur, bu nedenle bu yöntem herhangi bir gözenekli kayanın mekanik testleri için geçerli olabilir.
Başlamak için, 1000 gram ve 300 gram toz kömür ağırlığı ile bir milimetre ve bir ila üç milimetre arasında sıfır parçacık boyutu dağılımı. 0,76 ila 0,24 arasında kütle bir oranda bir araya koyun ve iyi karıştırmak için altı milimetre çapında cam çubuk kullanın. Çimento hazırlamak için, bir beher içine sodyum humate tozu dört gram koyun ve distile su yaklaşık 96 milimetre ekleyin.
Onları karıştırmak ve tüm sodyum humate iyi çözülmüş olduğundan emin olmak için bir cam çubuk kullanın. Daha sonra 230 gram karışık kömür tozu ve 20 gram sodyum humate çözeltisini bir kabın içine karıştırın. Standart boyutlu briket kat üretmek için yağlama yağı ile şekillendirme araçlarının iç yüzeyi.
Takım bileşenleriNi birleştirin Alt plaka, ana gövde ve halka yıkarıştırın ve deliği 250 gram karışık malzemeyle doldurun. Karışık malzemenin üzerine Pres piston koyun ve bir elektrohidrolik servo evrensel test makinesinin Piston altında tüm parçaları yerleştirin. Elektrohidrolik servo evrensel test makinesini kontrol etmek için WinWdw yazılımını başlatın.
Yazılımda, maksimum kuvveti 50 kilonewton'a ayarlamak için kuvvet aralığına tıklayın ve yer değiştirme değerini temizlemek için sıfırlama'ya tıklayın. Seçenek kuvveti yükleme denetimine sol tıklayın. Hareket oranını saniyede 0,1 kilonewton olarak ayarlayın.
Hedef kuvvet değerini 29,4 kilonewton olarak ayarlayın ve süreyi 900 saniye de tutun. Sonra başlat'a tıklayın. Bundan sonra şekillendirme araçları çıkarmak ve bir lastik plaka üzerine ters.
Takım bileşenlerini aşağıdan yukarıya doğru sırayla sökmek için kauçuk bir çekiç kullanın. Briketi 40 santigrat derecelik bir kuluçka makinesine koy. İlk olarak, yüksek mukavemetli cıvataile görselleştirilmiş kabın arka kapısını düzeltin.
Bilgisayarı, veri toplama kutusunu ve gömülü gaz basınç sensörünü arka kapıya bağlayın. Görselleştirilmiş gemideki gaz basıncı verilerini elde etmek için, yazılım Veri Edinme Sensörü'ne başlatın. Yazılımda, başlat'a tıklayın.
V1 valfi açın ve görüntülenmiş damar odasını vakumlamak için V2, V3 ve V4'ü kapatın. 30 dakika sonra V1 ve vakum pompası kapatın. V2'yi ve helyumlu gaz tankını açın.
Gaz tankının çıkış basıncını ayarlamak için manuel basınç düşürücü valfi kullanın. Veri toplama sensörü 16'da görüntülenen gaz basıncı eğrisini dikkatle gözlemleyin. Yaklaşık iki megapascal ulaştığında V2 ve gaz tankı kapatın.
Daha sonra bilgisayarda, yükleme pistonunun sürtünme kuvvetini test makinesinde aşağı doğru hareket eden sürtünme kuvvetini ölçmek için WinWdw yazılımını başlatın. Yazılımda, maksimum kuvveti beş kilonewton'a ayarlamak için kuvvet aralığına tıklayın ve yer değiştirme değerini temizlemek için sıfırlama'ya tıklayın. Seçenek yer değiştirme yükleme hızına sol tıklayın ve hareketli oranı dakikada bir milimetreye ayarlayın.
Başlangıç düğmesine tıklayın. V4'ü açın ve helyumu havaya boşaltın. Görselleştirilmiş geminin arka kapısını sökün ve V4'ü kapatın. 0,02 milimetre hassasiyetle vernier kaliper kullanarak briketin yüksekliğini ve çapını ölçün.
0,01 gram hassasiyetle elektronik bir ölçek kullanarak briketin kütlesini tartın. Çapraz ın orta pozisyonuetrafında çevresel deformasyon test cihazının zincir rulosu takın ve kelepçe tutucuyu düzeltin. Sensörü, görselleştirilmiş gemideki havacılık konektörü aracılığıyla veri toplama kutusuna bağlayın ve yükleme pistonunun altına yerleştirin.
Veri toplamanın doğruluğunu sağlamak için zincir silindiri ve briketin üst yüzeyini yükleme pistonuna paralel olacak şekilde ayarlayın. Sonra evrensel test makinesi kontrol etmek için WinWdw başlatın. Yazılımda, seçenek yer değiştirme yükleme oranına sol tıklayın.
Hareket oranını dakikada 10 milimetre olarak ayarlayın. Uzaktan kumandada, piston ile briket arasında kalan mesafe 1-2 milimetre olana kadar evrensel test makinesi için aşağı düğmesine basın. Sonra görselleştirilmiş geminin arka kapısını monte edin.
Daha önce olduğu gibi görselleştirilmiş damar odasıvakum. Sonraki açık V3 ve saflıkta karbondioksit gaz tankı 99.99%Gaz tankı gaz tankı çıkış basıncını ayarlamak için manuel basınç düşürücü değeri kullanın. Veri toplama sensörü 16'da görüntülenen gaz basıncı eğrisini dikkatle gözlemleyin.
Hedef değere yeterince yaklaştığında V3'ü ve gaz tankını kapatın. 24 saatlik adsorpsiyon süresinden sonra gaz basınç eğrisi sabit kalır ve briket adsorpsiyon ve desorpsiyon dinamik denge durumuna ulaşmıştır. Görselleştirilmiş kabın penceresinin yanına tripodlu bir kamera yerleştirin ve numunenin görüntüsünün kamera ekranının ortasında gösterilmesini sağlamak için yüksekliği ve açıyı ayarlayın.
Briketin çevresel deformasyonundan etkilenmek için SDU Deformasyon Acquisition v2.0 yazılımını başlatın. Başlangıç'a tıklayın. WinWdw yeni örnek tıklayın ve briket yüksekliği ve çapı yazın.
Bölüm alanına tıklayın ve sonra onayla'ya tıklayın. Maksimum kuvveti beş kilonewton'a ayarlamak için kuvvet aralığına tıklayın ve yer değiştirme değerini temizlemek için sıfırlama'ya tıklayın. Seçenek yer değiştirme yükleme hızına sol tıklayın ve hareket oranını dakikada bir milimetre olarak ayarlayın.
Örneği sıkıştırmak için başlat'a tıklayın. Aynı zamanda video kaydına başlamak için kameranın başlat düğmesine basın. Örnek tamamen başarısız olduğunda, winwdw ve SDU Deformasyon Acquisition v2.0 hem de stop ve veri kaydedin tıklayın.
Ardından video kaydını durdurmak için kameradaki başlat düğmesine tekrar basın. V4'ü aç, damar odasında karbondioksit salgıla ve geminin arka kapısını sök. Gaz basınç sensörü ve çevresel deformasyon test cihazları için havacılık konektörlerini ayırın.
WinWdw'deki opsiyon deplasman yükleme oranına sol tıklayın, hareket oranını dakikada 10 milimetre olarak ayarlayın. Evrensel test makinesinin uzaktan kumandasının yukarı düğmesine basın. Geminin yükleme pistonu briketin yaklaşık 2-3 milimetre yukarısında olduğunda briketi çıkarın ve zincir silindirden çıkarın.
Pistonlar arasındaki bağlantı aracını sökün ve görselleştirilmiş kabı temizlemek için bir elektrikli süpürge kullanın. Bu deneyde, izotermal adsorpsiyon testi ham kömür ve briket arasında metan gazı adsorpsiyonu için benzer kapasite yi kanıtladı. Testte kullanılan briket örneklerinin gücü biraz dalgalanmaya sahipti, ancak oldukça hafifti ve deneysel sonuçların analizinde çok az etkisi vardı.
Sıfırdan iki megapascala kadar değişen farklı karbondioksit basınçları altında, stres eksenel gerinim eğrileri belirgin sıkıştırma, elastik ve plastik deformasyon aşamaları gösterdi. Karbondioksit basıncı arttıkça kömür numunesinin en yüksek mukavemeti azaldı ve doğrusal olmayan bir ilişki gösterdi. Elastik modül karbondioksit doymuş durum altında azaldı ve elastik modül arasındaki ilişki azaldı ve gaz basıncı da doğrusal değildi.
Kamera dan elde edilen görüntüler, farklı karbondioksit basınçları altında, numune yüzeyinde kırığın evrimini olaylar. Kutu sayma boyut yöntemi farklı karbondioksit basınçları altında başarısızlık durumunda kırıkların özelliğini tanımlamak için kabul edilmiştir. Kutu sayısı ile yan uzunluk arasındaki korelasyon katsayıları 0,95'ten fazlaydı.
Fraktal boyutun değerleri karbondioksit basıncı ile orantılıydı ve bu değerler kömür gövdesine verilen hasarın derecesiile benzerlik gösteriyordu. En önemli şey, test prosedürü ve kaya mekaniği deneyleri ve yüksek basınçlı gaz çalışma bazı deneyime iyi bir anlayışa sahip olmaktır. İyileştirilmesinden sonra, bu teknik tek eksenli veya triaksiyel yükleme durumu altında gözenekli medya ve gaz kaplin etkisi çalışma için bir yol sağlayabilir.
Bu teknikte yüksek basınçlı gaz tankları kullanıldığından, insanların gaz dolumu ve serbest bırakılması sırasında dikkatli çalışması gerekir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, bir briket numunenin hazırlanmasını ve değişken CO2 basınçları altında tek eksenli sıkıştırma deneyinin gerçekleştirilmesini göstermektedir. Çalışma, CO2 adsorpsiyonu nedeniyle kömürdeki fiziksel ve mekanik özellik değişimlerini incelemeyi amaçlamaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Jeolojik sekestrasyon
- Kömür yatağı metanı geri kazanımı
- Gaz-katı etkileşimleri
Arka Plan
- Bu yöntem, kömür özellikleri ile gaz adsorpsiyonu arasındaki ilişkiyi ele almaktadır.
- Sabit hacimli durumdaki briketlere statik ve dinamik yükler uygulanabilir.
- Tüm deneysel süreç, fotoğrafik izleme yoluyla görselleştirilmiştir.
- Yöntem, her türlü gözenekli kaya türü için uygulanabilirdir.
Çalışmanın Amacı
- CO2'nin kömürün fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak.
- Karbondioksit jeolojik sekestrasyonu hakkında içgörüler sağlamak.
- Kömür yatağı metan geri kazanım süreçlerinin anlaşılmasını geliştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- 0-1 mm tane boyutunda 1000 gram ve 1-3 mm boyutunda 300 gram pulverize kömür tartın.
- Kömürü bir beher içerisinde 0,76'ya 0,24 kütle oranında karıştırın.
- Sodyum humat tozunu distile su ile karıştırarak çimentoyu hazırlayın.
- Kontrollü CO2 basınçları altında tek eksenli sıkıştırma deneyleri gerçekleştirin.
Ana Sonuçlar
- Yöntem, deneysel sürecin görselleştirilmesine olanak tanır.
- Briket numunelere statik ve dinamik yükler etkili bir şekilde uygulanabilir.
- CO2 adsorpsiyonuna bağlı olarak kömür özelliklerinde meydana gelen değişiklikler gözlemlenmiştir.
- Teknik, çeşitli gözenekli kayaçların test edilmesi için çok yönlüdür.
Sonuçlar
- Bu protokol, CO2 koşulları altında kömür özelliklerinin incelenmesi için güvenilir bir yöntem sunmaktadır.
- Karbon tutma ve metan geri kazanımı araştırmaları için değerli veriler sağlamaktadır.
- Deneysel düzenek, farklı numune türlerine uyarlanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Sektör Uygunluğu
Bu yöntem, kontrollü basınç altında gaz-katı etkileşimlerinin görselleştirilmesini sağlayarak enerjiyle ilgili malzeme biliminde mekanistik risk azaltma çalışmalarını desteklemektedir. CO2 adsorpsiyonunun dayanım ve elastik modül gibi mekanik özellikleri nasıl değiştirdiğini nicelleştirerek, yer altı davranış modellemesi için öngörücü güven sağlamaktadır. Bu yaklaşım, jeolojik depolama ve kaynak geri kazanımı uygulamalarıyla ilgili çoklu alan etkileşim koşulları altında malzeme bütünlüğünün değerlendirilmesine yardımcı olur.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Malzemelerin gaz adsorpsiyonuna verdiği yanıtın sorgulanmasını sağlayarak, özellik-gaz ilişkileri üzerine hipotezlerin test edilmesini destekler.
- Operasyonel Değer: Kontrollü gaz maruziyeti altında meydana gelen mekanik değişimlerin değerlendirilmesi için tekrarlanabilir bir platform sunar.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Karşılaştırmalı analiz için tepe gücü, elastik modül ve fraktal boyut dahil olmak üzere nicel çıktılar üretir.
- Operasyonel Değer: Sabit hacim koşulları ve gerçek zamanlı görselleştirme yoluyla standartlaştırmayı destekler.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Gaz basıncını mekanik bozunma ve kırık gelişimi ile ilişkilendirerek risk odaklı ekstrapolasyona olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Keşif ölçekli testlerden, yer altı davranışının öngörücü modellemesine geçişteki sürekliliği kolaylaştırır.
İş Akışı ve Pipeline Entegrasyonu
Bu yöntem, çevresel stres faktörleri altında materyal stabilitesinin alt uygulamalar öncesinde değerlendirildiği erken keşif iş akışlarına uygundur.
- Keşif Biyolojisi: Gaz adsorpsiyonunun gözenekli matrislerin mekanik bütünlüğünü nasıl etkilediğine dair hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Karşılaştırmalı tarama için değişken gaz basınçları altında tekrarlanabilir, kantitatif mekanik veriler sunar.
- Analitik: Hasar modellerinin fraktal boyut analizini sağlayarak hasar gelişiminin kantitatif karakterizasyonuna olanak tanır.
- Translasyonel Araştırma: Laboratuvar ölçekli mekanik yanıtı, gaz maruziyeti altındaki in situ davranışın öngörücü modelleriyle ilişkilendirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Farklı gözenekli malzemeler ve basınçlar genelinde gaz-katı etkileşimini incelemek için yeniden kullanılabilir bir platform sunar.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Gaz adsorpsiyonunu ölçülebilir mekanik ve yapısal değişikliklerle ilişkilendirerek mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Sabit hacim kontrolü ve gerçek zamanlı izleme yoluyla tekrarlanabilirliği sağlar.
- Stratejik Değer: Gaz bakımından zengin koşullar altındaki davranışı tahmin ederek malzeme seçimindeki karar süreçlerini iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Nicelleştirilmiş gaz kaynaklı bozulmaya dayalı olarak malzemelerin riskle uyumlu önceliklendirilmesini sağlar.
Uygulama Hususları
- Kaya mekaniği ve yüksek basınçlı gaz işlemleri konusunda uzmanlık gerektirir.
- Sabit hacim kontrolü, yük uygulama ve gerçek zamanlı görüntüleme kapasitesine sahip enstrümantasyon gereklidir.
- Briket temsililiğini sağlamak için numune hazırlığının standartlaştırılması gerekmektedir.
- Yüksek basınçlı CO2 ve potansiyel yanıcı gazların kullanımıyla ilgili güvenlik protokollerini içerir.
- Yanıcılık kısıtlamaları nedeniyle metan ile test yapma imkanının mevcut olmamasıyla sınırlıdır.
