煤自燃溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬

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1、西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文應(yīng)后產(chǎn)生的量和消耗量的代數(shù)和。煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)真實(shí)的模擬煤低溫自燃全過(guò)程，跟蹤測(cè)定煤體的溫度、氧濃度和其他氣體含量的變化，研究煤的氧化放熱特性。在歷年的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究者們遇到了一系列的問(wèn)題:(1)軟件通用性差。當(dāng)重新設(shè)計(jì)一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)爐時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的改變，監(jiān)控軟件必需重新設(shè)計(jì)，耗費(fèi)了大量人力物力財(cái)力；(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可視化程度低。僅以文本方式呈現(xiàn)，與最終研究人員所期待的二維、三維可視化圖形方式呈現(xiàn)相去甚遠(yuǎn)；(3)數(shù)據(jù)采用手工處理。由于實(shí)驗(yàn)獲得的大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)只是以文本的形式獲得，研究人員須將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，計(jì)算

2、復(fù)雜而且耗時(shí)，極易出錯(cuò)；(4)數(shù)據(jù)管理混亂。十幾年的實(shí)驗(yàn)累積，獲取了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一般以Excel表格形式保存，數(shù)據(jù)查找不便。而且隨著實(shí)驗(yàn)人員的流動(dòng)，造成了一些數(shù)據(jù)的丟失。本課題首先基于能源學(xué)院實(shí)驗(yàn)研究松散煤體空隙率、粒度、風(fēng)壓梯度與漏風(fēng)強(qiáng)度之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)研究了粒度、溫度和氧濃度對(duì)煤氧復(fù)合速率、放熱強(qiáng)度的影響關(guān)系，還研究了松散煤體內(nèi)氧分子的擴(kuò)散系數(shù)。選取某一種煤樣（本文選取的寧夏無(wú)煙煤屬于煤質(zhì)比較好的，俗稱“烏金煤”，參數(shù)指標(biāo)主要是碳80-96，硫0.3左右，屬于煤系的無(wú)煙煤，無(wú)煙煤是工業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)）。表1.1寧夏無(wú)煙煤主要參數(shù)指標(biāo)水分（Total

3、Moisture(AsReceived)）5%<灰分（AshContent(DryBasis)）9%max硫分Sulphur(DryBasis)0.5%max揮發(fā)分VolatileMatter(DryBasis)9%max發(fā)熱量CalorificValue(DryBasis)8000Kcal/Kgmin在一定的基于理論研究的假設(shè)條件下，通過(guò)相同的供氧漏風(fēng)條件，置于實(shí)驗(yàn)爐體內(nèi)進(jìn)行自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)其自然發(fā)火時(shí)間。論文研究意義在于驗(yàn)證數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)是否能代替實(shí)際爐體發(fā)火實(shí)驗(yàn)。從數(shù)學(xué)數(shù)值模擬的角度出發(fā)，描述煤自燃過(guò)程的溫度場(chǎng)變化，在煤層自然發(fā)火發(fā)生前給出較為準(zhǔn)確的科學(xué)預(yù)報(bào)，以

4、減少災(zāi)害的發(fā)生。根據(jù)煤內(nèi)在的自燃性，根據(jù)建立的煤層發(fā)火模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)條件、對(duì)煤層自燃區(qū)域進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，確定實(shí)際條件下煤層自燃發(fā)展過(guò)程及自然發(fā)火所需的最短時(shí)間。2萬(wàn)方數(shù)據(jù)1緒論1.2國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1數(shù)值模擬的發(fā)展數(shù)值模擬技術(shù)是基于數(shù)學(xué)理論和計(jì)算機(jī)發(fā)展的一門應(yīng)用型技術(shù)，其發(fā)展可以追溯到上世紀(jì)五十年代，1953年由BruceG.H和PeacemanD.W開創(chuàng)了對(duì)一維氣相不穩(wěn)定徑向和線性流數(shù)值模擬的先河，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的約束，對(duì)這種氣相問(wèn)題的數(shù)值模擬還停留在一維一相層面上。五十年代后期，交替隱式解法（ADI）的出現(xiàn)，成為了數(shù)值模

5、擬技術(shù)的重大突破口，由于這種方法速度快且穩(wěn)定性非常強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用與核物理、石油及熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域。DouglasJim和PeacemanD.W在1959年第一次對(duì)兩維兩相問(wèn)題的模擬標(biāo)志著現(xiàn)代數(shù)值模擬技術(shù)的正式啟動(dòng)。六十年代數(shù)值模擬解法的發(fā)展主要是在數(shù)值解法方面，1968年，Stone公司推出的數(shù)值模擬解法器SIP(StrongImplicitProcedure)是第一個(gè)有效并成功推廣的數(shù)值模擬軟件，該解法在模擬非均質(zhì)油藏和不規(guī)則形油藏時(shí)表現(xiàn)突出。1967年CoatsK.H和NielsenR.L將兩相模擬維度升為三維模擬，次年BreitenbachE.A發(fā)表了三維三相模擬

6、解法的相關(guān)論文。七十年代，Peaceman提出了井底流壓校正方法——網(wǎng)格壓力法，并建立了現(xiàn)在通用的Peaceman方程，對(duì)數(shù)值模擬的貢獻(xiàn)突出。Stone建立了三相相對(duì)滲透率模型在計(jì)算水、油、氣三相流動(dòng)時(shí)的相對(duì)滲透率時(shí)的結(jié)果已經(jīng)趨于成熟，普及率較廣。到了八十年代，AppleyyardJR和CheshireI.M貢獻(xiàn)的嵌套因式解法步入人們的視野，該解法有速度快穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，并成為目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)值模擬解法。其貢獻(xiàn)不僅于此，1981年成立的ECL公司，其主導(dǎo)研發(fā)的軟件ECLIPSE正是基于此解法開發(fā)的，并且已經(jīng)成為世界上最主流的數(shù)值模擬軟件。九十年代的數(shù)值模擬技術(shù)主

7、要方向是粗化技術(shù)，并行計(jì)算等方面。粗化技術(shù)的難點(diǎn)在于滲透率的粗化，基于流動(dòng)計(jì)算的粗化技術(shù)適用于真實(shí)感較強(qiáng)的符合地質(zhì)模型，現(xiàn)今粗化技術(shù)仍舊在日新月異的發(fā)展。1994年VIP推出并行算法，ECLIPSE于1996年推出更優(yōu)化的并行算法。二十一世紀(jì)數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，一是定量分析，定量對(duì)屬性的不確定性分析是觀測(cè)不確定性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響系數(shù)，二是一體化模擬計(jì)算，數(shù)值分析開始了一體化的模擬發(fā)展，將油藏、管道網(wǎng)、地面設(shè)備、煤層分布等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行一體化的模擬，從而優(yōu)化管理。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)今，數(shù)值模擬技術(shù)由于理論基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的大力發(fā)展，已經(jīng)成