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不同孔径下瓦斯流动机理及模型研究

作　者: 孙维吉
导　师: 梁冰
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 流体力学
关键词: 瓦斯煤孔隙裂隙吸附扩散渗流图论渗流裂隙网络模型
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 744次
引　用: 12次
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内容摘要

瓦斯灾害一直是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,同时瓦斯也是21世纪战略性接替能源,但在其开采、治理过程中发生的吸附、解吸、扩散和渗流机理认识仍不清晰。基于前人研究成果,本文进行了以下工作:1、介绍了煤的三维交联大分子结构,其中一些小分子量原子基团影响着对瓦斯气体的吸附。2、总结了煤层裂隙、孔隙分类,依据其物理特性和二者构成的网络结构,论述了孔隙、裂隙系统在瓦斯气体吸附及质量传递过程中的不同作用。3、探讨了煤瓦斯之间的吸附作用,估算了煤与瓦斯分子吸附势。讨论了瓦斯的扩散类型:Fick扩散、Knudsen扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散;指出考虑气体可压缩性、储层压力和温度等因素影响,按诺森数来判断扩散类型并不合适;提出了扩散系数公式: D = （1 -ω）D_fe +ωD_ne + D_se + D_C。探讨了气体流动过程中的滑脱效应。4、论述了瓦斯解吸、扩散、渗流运移机理,推导了可压缩气体的达西定律,建立了考虑滑脱作用下的瓦斯渗流扩散数学模型。5、探讨了区别于等效连续介质假设的离散裂隙网络渗流理论,引入图论方法,建立了离散裂隙网络渗流模型,应用Matlab软件编制了模型求解程序。通过算例模拟验证了应用离散裂隙网络流动模型求解流体在煤岩体中流动的可行性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 煤层气概况  8-9
  1.2 瓦斯气体运移的研究现状  9-14
  1.3 存在的问题  14
  1.4 本文主要的研究内容  14-16
2 煤的物理特性  16-22
  2.1 煤大分子结构  16-17
  2.2 煤层孔隙裂隙分类  17-21
    2.2.1 煤的裂隙分类及属性  17-19
    2.2.2 煤的孔隙分类及属性  19-21
  2.3 本章小结  21-22
3 煤中瓦斯吸附扩散渗流机理  22-46
  3.1 甲烷分子平均自由程  22-23
  3.2 煤中瓦斯吸附  23-32
    3.2.1 瓦斯吸附的本质  23-27
    3.2.2 吸附势垒  27-28
    3.2.3 瓦斯吸附的影响因素  28-30
    3.2.4 吸附理论  30-32
  3.3 煤中瓦斯扩散机理及模式  32-43
    3.3.1 瓦斯扩散的动态过程  32-33
    3.3.2 扩散类型分类  33-39
    3.3.3 瓦斯气体分子各种扩散模式的适用条件  39-43
  3.4 瓦斯渗流中的滑脱效应  43-44
  3.5 本章小结  44-46
4 瓦斯运移模型建立  46-56
  4.1 瓦斯运移机理  46-50
    4.1.1 瓦斯扩散运移  46-48
    4.1.2 煤中瓦斯渗流  48-50
  4.2 瓦斯流动模型的建立  50-55
    4.2.1 基本假设  50
    4.2.2 数学模型的建立  50-54
    4.2.3 定解条件  54-55
  4.3 本章小结  55-56
5 煤层瓦斯裂隙网络渗流模型  56-68
  5.1 裂隙网络渗流理论及计算方法  57-59
  5.2 裂隙网络图论渗流模型的建立  59-65
    5.2.1 裂隙网络的图论表述  59-61
    5.2.2 裂隙网络的数值矩阵表示  61-62
    5.2.3 裂隙网络渗流模型的建立  62-64
    5.2.4 程序的实现  64-65
  5.3 模型的应用  65-67
  5.4 本章小结  67-68
6 结论与展望  68-69
  6.1 本文结论  68
  6.2 展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻读学位期间参加的工作  73

不同孔径下瓦斯流动机理及模型研究

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