煤自燃温度场的数值模拟

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1、西安科技大学硕士学位论文应后产生的量和消耗量的代数和。煤自然发火实验真实的模拟煤低温自燃全过程，跟踪测定煤体的温度、氧浓度和其他气体含量的变化，研究煤的氧化放热特性。在历年的实验过程中，研究者们遇到了一系列的问题:(1)软件通用性差。当重新设计一个新的实验炉时，由于实验参数的改变，监控软件必需重新设计，耗费了大量人力物力财力；(2)实验数据可视化程度低。仅以文本方式呈现，与最终研究人员所期待的二维、三维可视化图形方式呈现相去甚远；(3)数据采用手工处理。由于实验获得的大量监测数据只是以文本的形式获得，研究人员须将实验数据导入到Excel软件中进行数据处理与计算，计算

2、复杂而且耗时，极易出错；(4)数据管理混乱。十几年的实验累积，获取了大量的实验数据，但一个实验的结果一般以Excel表格形式保存，数据查找不便。而且随着实验人员的流动，造成了一些数据的丢失。本课题首先基于能源学院实验研究松散煤体空隙率、粒度、风压梯度与漏风强度之间的关系，实验研究了粒度、温度和氧浓度对煤氧复合速率、放热强度的影响关系，还研究了松散煤体内氧分子的扩散系数。选取某一种煤样（本文选取的宁夏无烟煤属于煤质比较好的，俗称“乌金煤”，参数指标主要是碳80-96，硫0.3左右，属于煤系的无烟煤，无烟煤是工业分类标准）。表1.1宁夏无烟煤主要参数指标水分（Total

3、Moisture(AsReceived)）5%<灰分（AshContent(DryBasis)）9%max硫分Sulphur(DryBasis)0.5%max挥发分VolatileMatter(DryBasis)9%max发热量CalorificValue(DryBasis)8000Kcal/Kgmin在一定的基于理论研究的假设条件下，通过相同的供氧漏风条件，置于实验炉体内进行自然发火实验预测其自然发火时间。论文研究意义在于验证数值模拟实验是否能代替实际炉体发火实验。从数学数值模拟的角度出发，描述煤自燃过程的温度场变化，在煤层自然发火发生前给出较为准确的科学预报，以

4、减少灾害的发生。根据煤内在的自燃性，根据建立的煤层发火模型，结合实验参数、现场条件、对煤层自燃区域进行了计算机数值模拟，确定实际条件下煤层自燃发展过程及自然发火所需的最短时间。2万方数据1绪论1.2国内外的研究动态及发展趋势1.2.1数值模拟的发展数值模拟技术是基于数学理论和计算机发展的一门应用型技术，其发展可以追溯到上世纪五十年代，1953年由BruceG.H和PeacemanD.W开创了对一维气相不稳定径向和线性流数值模拟的先河，但是由于当时计算机技术的约束，对这种气相问题的数值模拟还停留在一维一相层面上。五十年代后期，交替隐式解法（ADI）的出现，成为了数值模

5、拟技术的重大突破口，由于这种方法速度快且稳定性非常强，被广泛应用与核物理、石油及热传导等领域。DouglasJim和PeacemanD.W在1959年第一次对两维两相问题的模拟标志着现代数值模拟技术的正式启动。六十年代数值模拟解法的发展主要是在数值解法方面，1968年，Stone公司推出的数值模拟解法器SIP(StrongImplicitProcedure)是第一个有效并成功推广的数值模拟软件，该解法在模拟非均质油藏和不规则形油藏时表现突出。1967年CoatsK.H和NielsenR.L将两相模拟维度升为三维模拟，次年BreitenbachE.A发表了三维三相模拟

6、解法的相关论文。七十年代，Peaceman提出了井底流压校正方法——网格压力法，并建立了现在通用的Peaceman方程，对数值模拟的贡献突出。Stone建立了三相相对渗透率模型在计算水、油、气三相流动时的相对渗透率时的结果已经趋于成熟，普及率较广。到了八十年代，AppleyyardJR和CheshireI.M贡献的嵌套因式解法步入人们的视野，该解法有速度快稳定性强等优势，并成为目前应用最为广泛的数值模拟解法。其贡献不仅于此，1981年成立的ECL公司，其主导研发的软件ECLIPSE正是基于此解法开发的，并且已经成为世界上最主流的数值模拟软件。九十年代的数值模拟技术主

7、要方向是粗化技术，并行计算等方面。粗化技术的难点在于渗透率的粗化，基于流动计算的粗化技术适用于真实感较强的符合地质模型，现今粗化技术仍旧在日新月异的发展。1994年VIP推出并行算法，ECLIPSE于1996年推出更优化的并行算法。二十一世纪数值模拟技术的发展主要体现在以下两个方面，一是定量分析，定量对属性的不确定性分析是观测不确定性对计算结果的影响系数，二是一体化模拟计算，数值分析开始了一体化的模拟发展，将油藏、管道网、地面设备、煤层分布等应用领域进行一体化的模拟，从而优化管理。经过半个多世纪的发展，现今，数值模拟技术由于理论基础和计算机技术的大力发展，已经成