变质程度对CO_2置换煤中CH_4效应的影响规律

为研究变质程度对CO_2置换煤中CH_4效应的影响规律,选用了无烟煤、瘦煤和气肥煤3种不同变质程度的煤样,在CH_4吸附平衡压力分别为0.75 MPa和1.3 MPa的条件下,进行了高压注CO_2置换煤中CH_4实验。实验结果表明:初始CH_4吸附平衡压力相同的条件下,CO_2的注气压力越大(即注入量越大),CO_2对CH_4的置换量越大,置换率也越大,同时吸附置吸比也越大;初始CH_4吸附平衡压力越高,注气后达到相同压力下的置换量越小,置换CH_4越困难。煤的变质程度对置换效应的影响规律为,煤的变质程度越高,CO_2对CH_4的置换量越大,但CO_2对CH_4置换率却随之减小,说明低变质程度煤中的CH_4更容易被置换。     

等压扩散和高压注入条件下CO_2对煤中CH_4置换效应

为了揭示注气压力对置换煤层瓦斯效应的影响,开展了等压扩散和高压注气2种条件下CO_2对煤中CH_4置换试验研究。试验结果表明:在置换源气体充入量相等的条件下等压扩散试验中CO_2对煤中CH_4的置换量大于高压注气试验的置换量,且等压扩散条件下CO_2置换CH_4效率维持在0.44 cm~3/cm~3左右,而高压注气条件下CO2置换CH_4效率却随注入量的增加而持续增加,但其增加率逐渐衰减。等压扩散条件下吸附平衡后系统总压略有下降,降幅一般为8%左右;高压注气条件下吸附平衡后系统总压呈持续上升规律,最大增幅为60%。研究成果对该项技术工程应用的启示是:井下煤层注气置换/驱替煤层瓦斯时,不一定要追求高的注气压力,采用低压注气也可收到良好的促排瓦斯效果,又能大幅度提高注气的安全可靠性。     

CO_2驱替CH_4置换效率测试与分析

为研究多因素耦合对CO_2驱替CH_4置换效率的影响,选取潞安集团常村煤矿煤样,利用自主研发物理模拟试验平台测定置换效率,并采用Design Expert软件设计Box-Behnken试验,构建置换效率在三因素、三水平条件下的二次回归响应曲面模型,分析了煤体含水率、注气压强及注入温度三因素耦合对置换效率的影响。结果表明:置换效率随注气压强和注入温度增大而增大,随含水率增大而减小;对置换效率影响程度为含水率注气压强注入温度;二次项影响程度为注气压强和注入温度注入温度和含水率注气压强和含水率,且注气压强和注入温度间存在交互作用,注气压强和含水率、注入温度和含水率之间无交互作用。     

煤体吸附CH_4及CO_2热力学特性试验研究

为揭示煤吸附CH_4和CO_2热力学机制,选取新疆硫磺沟的煤样进行不同温度下的CH_4和CO_2等温吸附试验,利用Langmuir、Freundlich、D-R吸附理论模型对等温吸附曲线进行拟合,基于吸附势能理论研究煤样吸附CO_2和CH_4的热力学特性。研究表明:不同温度条件下煤样吸附CH_4和CO_2曲线均符合Langmuir、Freundlich、D-R模型;CH_4和CO_2吸附势能均随着吸附量增大而降低,其等量吸附热和吸附熵变均随着吸附量增加呈上升趋势,并且CO_2的吸附势能、吸附热、吸附熵变均大于CH_4;CH_4和CO_2吸附熵随温度升高总体呈降低趋势,其吸附势能不仅受表面力场影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;CO_2等量吸附热受分子间竞争及微孔填充的影响。吸附热力学参数能用来表征煤体吸附特性,可从热力学角度揭示煤体表面竞争吸附的实质。     

含CH_4煤岩注CO_2后力学性能及渗透性能试验研究

为观察含CH_4煤岩注入CO_2后力学和渗透性能的变化,用自制三轴吸附解吸渗流试验装置开展试验,研究型煤试件内气体种类和注气压力对注CO_2煤岩强度、渗透性和应变等参数变化的影响。试验结果表明:含CH_4煤岩注入CO_2后,单轴压缩应力-应变曲线与未注入CO_2的总体变化趋势相同,但煤岩强度等参数随注气压力的变化而变化。注入等孔隙压CO_2后,含CH_4煤岩的强度和弹性模量均明显上升,但煤岩中CH_4渗透率呈现下降趋势;随着CO_2注入压力的增加,煤样的强度和弹性模量逐渐下降,而CH_4渗透率逐渐增强,注气压力每增加1 MPa,煤岩强度平均下降0.095MPa,CH_4气体渗透率平均增加1 m D。     

复合惰气在采空区遗煤中竞争吸附的分子动力学模拟研究*

为明确作用于采空区的复合惰气的竞争吸附,进行不同温度、压力及组分下烟煤对N2、O2、CO2多元气体竞争吸附分子的模拟研究。研究结果表明:当注入压力达到3 MPa后,竞争吸附效果不再明显,为高压注入提供一定的理论基础;随着CO2分压的增大,O2吸附量降低速度逐渐平缓,初步确定最佳注入配比范围为2∶1至3∶1,为进一步结合实际工程中成本等因素确定最佳注入配比提供参考;等量吸附热受吸附条件的影响较小,仅与吸附质本身有关;随着CO2分压的增大,范德华能升高56.9%,分子内能升高78.7%,静电能升高67.2%,CO2对整个系统内的吸附作用强度及吸附量有着较大的影响;随着CO2分压增大,N2竞争吸附能力逐渐弱于O2,竞争吸附能力大小顺序为CO2>O2>N2。     

基于分子动力学的SF6/N2混合气体扩散特性理论研究

为了保证SF_6/N_2混合气体电气设备使用过程中SF_6和N_2的混合比例,使用分子动力学方法对不同温度压强和不同配比的SF_6/N_2混合保护气体进行了模拟统计,确定了合适的力场和参数,通过动力学模拟获得了不同情况下混合气体的扩散性质、并对不同配比的SF_6/N_2混合气体的泄漏情况进行了初步的模拟,发现使用同一比例的混合保护气体,在不同气候条件的地区需要使用不同配比的气体进行补偿,为SF_6/N_2混合电气设备泄漏补充提供了参考。     

汽煤柴油油气在细砂中的扩散规律研究

在石油开采、加工、储存和运输过程中泄漏或渗漏频频发生,对生态环境造成严重损害,研究汽煤柴油油气在细砂中的扩散规律对及时处置和评估污染事件具有一定的现实意义。通过对一维条件下Fick第二定律的求解,得到扩散系数的求解方程。由试验和曲线拟合得到汽煤柴油油气在细砂中的扩散系数。采用MATLAB PDE工具箱对汽煤柴油油气的二维扩散方程进行了数值求解。说明了数值计算结果与实际试验结果存在差异的原因,即逐渐增大油浸体的重要影响,指出下一步研究要考虑含水量对扩散的影响。最后分析了汽煤柴油油气在细砂中的扩散规律,结果表明:1)随着时间的推移,挥发物会向四周非均匀地扩散,在以挥发源为圆心的圆周上油气体积比相等;2)经过相同时间的扩散后,汽油油气的扩散半径最大,航煤次之,柴油最小,这与3种油气在砂层中的有效扩散系数逐渐递减密切相关;3)3种油气扩散半径与时间的关系均可以用乘幂函数来表示,并且曲线拟合的相关程度都很高。     

CH_4/N_2/O_2预混气激波火焰结构数值预测

研究激波着火现象，推导激波加热点燃可燃气控制方程组。针对甲烷预混气激波火焰结构进行数值模拟，计算了激波燃烧时的压力、温度、及不同组分随时间的变化历程。其中甲烷燃烧采用美国BERKELEY大学GRI-MECH机理，该反应机理包含177个基元反应，涉及32种组分。程序采用美国SANDIA国家实验室发展的大型化学反应动力学软件包CHEMKIN III中相关的模型、子程序和热力学数据库。计算结果表明激波火焰有其自身的结构特征。     

泄漏原油在山体表面扩散规律数值模拟

以中缅原油管道沿线某典型高后果区为研究对象,通过提取管道所处实际山体地形特征,建立了大尺度山体真实地形三维模型。采用VOF方法模拟了当埋地管道破裂时泄漏油污染物在山体表面的动态运移扩散过程,分析了泄漏速度和地表植被对泄漏污染物扩散速率和扩散面积的影响规律。结果表明：原油泄漏扩散面积与泄漏初速度和地面粗糙度成反比,但当地表植被粗糙度高度超过原油平均冲击高度时,扩散面积对粗糙度高度不敏感。研究结果可为复杂山区油品管道发生严重泄漏事故后的救灾抢险工作提供理论指导。     

高压注入和等压扩散条件下N2置换煤中CH4的研究

为探究注气置换抽采煤层瓦斯的效果,揭示注弱吸附性气体N2在等压扩散和高压注入2种条件下置换煤中CH4的机理,采用自行搭建的含瓦斯煤多元气体置换试验装置,开展等压扩散和高压注入2种条件下注N2置换煤中CH4的试验研究.研究结果表明:在注N2量相同的条件下,等压扩散置换量始终高于高压注气置换量,在等压扩散下N2置换CH4效...     

超临界CO_2增透煤微观图像重构及三维数值模拟

针对我国低渗透煤储层渗透性差的特点,以超临界CO_2作用后煤的微观成像为基础,构建三维实体模型;考虑煤的热损伤效应,孔隙流体流动及有效应力对渗透规律的影响,利用增透后煤微观孔隙率的变化定义损伤变量,推导出损伤函数关系式,建立超临界CO_2增透煤在温度-渗流-应力耦合作用下的力学模型,模拟超临界CO_2在低渗透煤层内部的渗流运移规律。结果表明:由于煤体各处煤基质和矿物的密度、弹性模量和热膨胀系数等物理参数的不同及其分布的随机性,超临界CO_2注入过程中应力场、温度场、渗流场均呈现明显的非均匀性;在一定压力和温度超临界CO_2注入过程中,煤体内部各处孔隙、裂隙的变形、开裂以及扩展等的不均一性,使得煤体各处的损伤量不同。在其他注入参数一定的条件下,增加CO_2的注入时间,有利于提高煤体的渗透性。     

A/O工艺处理市政污水温室气体CH_4排放规律的研究

以我国广泛应用的A/O污水处理工艺为研究对象,分析了CH4排放情况。结果表明,CH4在各污水处理单元均有排放,其中曝气池和初沉池是CH4排放的主要单元,分别占污水处理过程CH4总排放量的77.73%和14.86%。在曝气池中CH4排放通量沿程迅速减小,主要集中在沿程前96 m。内回流比和曝气池曝气量可能影响曝气池CH4排放。调整回流比分别为200%、300%、400%,曝气池CH4排放通量随内回流比增大而减小;调整曝气量分别为3.5 m3/h、4.5 m3/h、5.5 m3/h、6.5 m3/h,曝气池CH4排放通量随曝气量提高而减小。     

不同粒度煤的瓦斯解吸扩散规律实验研究

为了证实和完善极限粒度理论,制备了煤粒度毫米级至厘米级(>10 mm)的5种粒度煤样,利用H-Sorb 2600T高温高压气体吸附分析仪对不同粒度的煤样进行等温吸附-解吸实验,并采用动扩散系数模型计算了煤粒瓦斯解吸扩散系数,分析不同粒度煤的扩散系数变化特征。研究结果表明:粒度毫米级煤样单位瓦斯解吸量和瓦斯解吸率随粒度的增大呈现逐渐减小的趋势;粒度厘米级煤样单位瓦斯解吸量和瓦斯解吸率随粒度的增大降幅较小;煤粒度在毫米级范围内,初始有效扩散系数D0e和平均有效扩散系数Dae随粒度的增大快速下降;煤粒度为厘米级时,初始有效扩散系数D0e和平均有效扩散系数Dae随粒度的增大基本保持不变;极限粒度理论正确可靠,煤的极限粒度小于10 mm。     

超临界CO_2增透煤微观图像重构及三维数值模拟北大核心CSCD

针对我国低渗透煤储层渗透性差的特点,以超临界CO_2作用后煤的微观成像为基础,构建三维实体模型;考虑煤的热损伤效应,孔隙流体流动及有效应力对渗透规律的影响,利用增透后煤微观孔隙率的变化定义损伤变量,推导出损伤函数关系式,建立超临界CO_2增透煤在温度-渗流-应力耦合作用下的力学模型,模拟超临界CO_2在低渗透煤层内部的渗流运移规律。结果表明:由于煤体各处煤基质和矿物的密度、弹性模量和热膨胀系数等物理参数的不同及其分布的随机性,超临界CO_2注入过程中应力场、温度场、渗流场均呈现明显的非均匀性;在一定压力和温度超临界CO_2注入过程中,煤体内部各处孔隙、裂隙的变形、开裂以及扩展等的不均一性,使得煤体各处的损伤量不同。在其他注入参数一定的条件下,增加CO_2的注入时间,有利于提高煤体的渗透性。     

大型罐区油气扩散规律的CFD数值模拟研究

本文详细介绍了利用ANSYS公司CFX5．7软件模拟罐区油气扩散过程及其浓度分布规律,发现了罐壁、防火堤对油气浓度分布和流动的影响特征,认为使用CFD方法能够数值模拟重气扩散过程中的传热、传质、湍流等复杂物理现象,并且能够考虑复杂地形、建构筑物对流动规律的影响,具有很好的应用前景。     

转载点粉尘颗粒扩散运动规律的数值模拟

为解决车间转载点粉尘污染问题,利用数值模拟方法计算小空间粉尘颗粒的扩散规律和颗粒运动轨迹,同时借助虚拟现实和现代计算机技术进行颗粒运动轨迹的再现.转载点气流一般处于湍流状态,很难掌握全部粉尘颗粒的扩散规律,只能进行单个粉尘颗粒的受力分析,建立颗粒的一般性运动方程,再利用Lagrange法研究颗粒的运动轨迹方程,然后通过编程语言和虚拟现实技术反映到计算机上,把粉尘扩散轨迹呈现出来.研究成果对转载点粉尘的处理具有一定的实用价值.     

常压下煤对N2/CO2/CH4单组分气体吸附特性研究

为了研究常压不同条件下煤样对N2/CO2/CH4单组分气体的吸附特性,以Langumir单分子层吸附模型为依据,对其吸附阶段进行划分,选择长焰煤、气肥煤和无烟煤分别进行了单组分气体吸附试验,探讨不同试验条件对煤吸附量的影响。结果表明:在常压阶段,煤对单组分气体的吸附规律服从Langumir单分子层吸附模型的第一阶段,吸附量与压力正相关;煤的变质程度、吸附温度及压力和吸附气体的种类是影响吸附量的主要因素,并在不同情况下对煤吸附量的影响程度不同;高低变质煤样对吸附量的影响大,而中等变质程度的影响小;温度是低压阶段影响吸附量的主要因素;吸附气体种类对吸附量的影响是由于其自身物化性质差异,相同试验条件下煤对3种单组分气体的吸附量从大到小为CO2、CH4、N2。     

CO在烟煤中吸附与扩散的分子模拟研究

为揭示CO在烟煤中的微观吸附和扩散机理,利用Wiser烟煤分子模型,通过巨正则蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学方法,研究5种不同温度(293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K)下,压力为0.1～3.0 MPa时CO吸附量、吸附热的变化,采用能量分布分析CO在烟煤中的吸附行为,利用扩散系数和扩散活化能研究CO在烟煤中的扩散特性。研究结果表明：CO在烟煤分子中的模拟结果符合朗格缪尔(Langmuir)吸附规律,随着温度的升高,Langmuir参数a和b减小,CO在烟煤分子中饱和吸附量和吸附能力降低。温度越高,烟煤分子的等量吸附热越低,烟煤分子吸附CO分子的平均等量吸附热为21.20～23.11 kJ/mol,小于42 kJ/mol,属于物理吸附;随着压力的升高,CO分子由能量较高的优势吸附位点逐渐向相对较弱的吸附位点移动;在模拟的温度和压力条件下,CO在烟煤分子模型中的扩散系数随温度和压力的升高而增加,扩散活化能随压力的升高而减小。研究结果为揭示CO在烟煤分子中微观吸附与扩散规律,准确预测采空区封闭火区煤自燃情况具有重要意义。     

采空区遗煤自燃过程及其规律的数值模拟研究

基于非均质多孔介质中的连续性方程、多相气体渗流———扩散方程和综合传热方程,建立了工作面动态推进下的采空区自燃数值模型。结合实例,从理论上描绘了工作面开采过程中采空区的漏风流态、氧、CO、瓦斯和温度等分布状态及其动态过程。计算中考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用;工作面动态推进对自燃的影响,以及沿边界冒落非压实性对漏风供氧、自燃高温区产生的影响。从理论上重点讨论了采空区自燃与各因素的定量化关系,得出自然发火期与煤氧化速度、工作面风量二者均呈显著的反比例关系;对于综放工作面采场漏风供氧系统,自然发火期主要取决于煤的耗氧能力,提高工作面风量仅能扩大自燃高温区的范围,增大自燃的发生几率;提高推进度能显著延长采空区自然发火期,呈指数变化。