综合运用反应动力学和连续介质力学理论,建立了CO2在水泥孔隙介质扩散的过程中含有10个质量浓度和7个反应速率的化学反应动力学模型,并利用遗传算法对模型中9个决策参量分别进行了优化。通过数值模拟研究了孔隙度、扩散系数、扩散速率、反应级数、反应速率和组分浓度沿试样高度方向分布特征。研究表明:1)孔隙度、扩散系数和扩散速率沿试样高度方向单调减小,随时间单调增大。2)当反应持续到12,24,48 h,上下端CO2质量浓度差依次减小3.03,1.99,1.62kg/m3。3)在试样上端面附近CO2质量浓度随单调减小,在试样下端面附近质量浓度随单调增大,在中间截面上质量浓度先升后降。4)由于反应级数的跳跃,氢氧化钙、硅酸三钙和CO2质量浓度及其变化率出现轻微的抖动。根据数值模拟结果与实验结果对比表明该模型可以精确的分析CO2在多孔水泥充填材料中的吸附过程,可以定量定性的分析CO2矿物碳酸化存储效果。

国家自然科学基金项目(51304207)；江苏省煤基CO2捕集与地质存储重点实验室开放基金项目(2016A03)；