李明川，樊栓狮，徐赋海，严科，黄爱先

（1中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266580；2华南理工大学化学与化工学院，广东广州510641；3中国石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营257094；4中国石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东东营257051）

引 言

天然气水合物是由碳氢气体和水形成具有笼型结构的、类似冰状的、可燃烧的晶体化合物，俗称“可燃冰”[1-3]。天然气水合物为高度压缩的天然气资源，1 m3天然气水合物能分解出160～180 m3（标准）的天然气[4]。天然气水合物广泛存在于海洋沉积物和永冻土中，据估计全球天然气水合物中的甲烷碳含量达1016kg或含有20×1015m3的甲烷气，因此天然气水合物被公认为是21世纪具有良好前景的后续能源[5]。

天然气水合物的热分解过程类似于冰的消融过程，是一个考虑移动边界的热传导相变问题，也称为两相Stefan相变问题[6]。Stefan边界问题的研究可以追溯到19世纪，Lamé等[7]在假设地球为半无限液体的条件下，研究了地球冷却过程中产生的固体地壳的厚度与时间的平方根呈正比的类似问题。Neumann假定初始温度高于熔点时，得出了半无限大Stefan问题的特解，简称Neumann解，他的成果直到20世纪初才由Weber出版发表出来[8]。最后解决这问题的是Stefan，他将问题转化为两个相的互变问题，利用Lamé等的假设条件，得到了更为完全的解。Stefan第一次从实验到理论对移动边界的相变问题进行了详细的研究，因此自由或移动边界问题也称为Stefan边界问题[9]。Stefan移动边界问题逐渐被广泛应用于固液相变、化学反应、溶质扩散、液气相变等诸多领域[10]。……