天然气水合物资源量巨大是21世纪最有潜力的接替能源,大量存在于海底弱胶结地层的水合物藏无法通过常规方法进行开发,同时浅地层水合物也是潜在地质灾害,如失控将造成大量气体释放,造成沉船、飞机坠机和环境污染等灾害。本文着重于采用分子动力学方法探讨结构Ⅰ型甲烷水合物分解及扩散的过程和导热机理。探讨了结构Ⅰ型甲烷水合物的主相分解过程,并探讨了水合物主相分解的可能机理。认为甲烷水合物的主相分解过程分为两步：第一步是主体分子(H2O分子)的扩散,由此造成晶格的扭曲变形,从而使得晶穴破碎。第二步是CH4分子的扩散,CH4分子从破碎的晶穴中逃逸出来。其中,第一步为水合物分解过程的控制步骤,该机理的描述在分子水平上佐证了Kim等人的假说。考察了多孔介质中甲烷水合物的分解和扩散,通过对密度分布、径向分布函数(RDF)、扩散系数和均方位移(MSD)的动力学特性和结构性质的研究,表明甲烷水合物在二氧化硅多孔介质中(ZSM-11zolite)连续改变从似晶到似液的过程,从而得到甲烷水合物在二氧化硅(ZSM-11zolite)表面NVT和NPT系综下的分解和扩散效应。研究表明在多孔介质中的水合物比纯水合物分解速率高。这与水合物在多孔介质中高压和低温的形成条件是一致的,因此在特定的压力和温度下,水合物在多孔介质中的分解的驱动力将高于纯甲烷水合物。同时分析了多孔介质对甲烷水合物的分解和导热性能的影响,稳定的水合物对于温度变化相当敏感,从而对水合物导热性能的研究是极其重要的。同时,由于水合物低导热性能的特点,有必要对其导热性能进行强化。把不同孔径大小的多孔介质引入到水合物导热领域,开展了不同孔径的多孔介质强化水合物导热性能的研究。考虑到自然界中水合物并不是单独存在的,常伴随有其它物质,如石英砂、多孔介质、冰等,本论文主要研究了水合物在复合体系中的导热性能。主要研究了水合物及其多孔介质(即水合物—多孔介质体系)的导热性能,进一步理解水合物的导热机理,为水合物的储运、开采和开发利用提供基础的理论依据。