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题名密度梯度驱动的煤粒瓦斯解吸扩散模型及试验研究
被引量：10
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作者
秦跃平
徐浩
毋凡
张凤杰
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机构
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期169-176,共8页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51874315,52074303)
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2021YJSAQ24)。
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文摘
为解决菲克扩散模型在煤粒瓦斯解吸扩散过程中存在较大偏差的问题,更好地解释瓦斯在煤粒中的解吸扩散机制,首先开展了封闭空间煤粒瓦斯解吸试验,得到不同初始解吸压力下的煤样瓦斯解吸数据,并评估了4种解吸经验公式的精确性;随后回顾了浓度梯度驱动的菲克扩散模型,提出了游离瓦斯密度梯度驱动的新扩散模型;在此基础上,建立了相关的解吸扩散数学方程,并采用有限差分数值方法进行数值解算;最后将新模型与菲克模型的解算结果以及试验数据进行比较,讨论了新瓦斯扩散模型的优势。结果表明:不同的解吸经验公式拟合试验数据的精确度差异较大,优选出了一种能够在全试验时间尺度下拟合情况良好的经验公式;4种不同初始解吸压力条件下的新扩散模型的数值预测结果在整个试验时间尺度内与试验数据基本一致;相对来说,基于菲克扩散模型数值解算的结果准确性不高;在保证理论预测精度的前提下,新扩散模型中的微孔道扩散系数不随时间和压力而改变;而建立在常扩散系数的假设之上的经典菲克扩散模型的解析解和数值解会产生较大误差。新模型可以更合理和准确地描述瓦斯解吸扩散行为。研究结果旨在为瓦斯解吸扩散机理的认识、瓦斯突出解吸指标及煤层瓦斯含量的标定等工作提供一些新的思路和参考。
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关键词
煤粒
瓦斯解吸
菲克扩散
游离瓦斯密度梯度
扩散系数
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Keywords
coal particles
gas desorption
Fick diffusion
density gradient of free gas
diffusion coefficient
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分类号
TD712
[矿业工程—矿井通风与安全]
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题名煤粒瓦斯定压吸附数学模型及数值解算
被引量：4
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作者
徐浩
秦跃平
毋凡
刘佳
褚翔宇
刘晓薇
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机构
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院
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出处
《矿业科学学报》
CSCD
2021年第4期445-452,共8页
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基金
国家自然科学基金(51874315,52074303)
中央高校基本科研业务费专项资金(2020YJSAQ04,2021YJSAQ24)。
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文摘
为了研究瓦斯在煤粒中的流动机理,开展了4组不同初始压力下的煤粒瓦斯定压吸附实验,提取了累计瓦斯吸附量随时间变化的实验数据。基于压力梯度驱动的达西理论和游离瓦斯密度梯度驱动的新扩散模型,建立2种煤粒瓦斯定压吸附数学模型,并利用有限差分法对数学模型进行了数值解算,得到了煤粒内部累计吸附量的模拟数据。将2种模拟结果与实验数据对比分析发现,数值计算结果与实验相吻合,验证了数值模拟的准确性;两者中的关键比例系数随压力呈现不同的变化趋势,透气性系数随压力呈负相关,微孔道扩散系数不随压力而改变;证明了新提出的游离瓦斯密度梯度驱动的扩散模型比达西定律更适合用来描述煤粒中的瓦斯运移规律。
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关键词
煤粒瓦斯
定压吸附
达西定律
游离瓦斯密度梯度
有限差分法
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Keywords
gas in coal particles
constant pressure adsorption
Darcy s law
density gradient of free gas
finite difference method
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分类号
TD712
[矿业工程—矿井通风与安全]
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