亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        顆粒煤負(fù)壓解吸擴(kuò)散特征參數(shù)研究

        2020-11-02 08:27:36張宏圖郝玉雙魏建平
        煤礦安全 2020年10期
        關(guān)鍵詞:擴(kuò)散系數(shù)實(shí)驗(yàn)

        張宏圖,郝玉雙,魏建平,3

        (1.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,河南 焦作454003;2.河南理工大學(xué) 河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,河南 焦作454003;3.煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 焦作454003)

        煤層瓦斯含量是礦井瓦斯的基本參數(shù)之一,是煤礦瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、礦井瓦斯災(zāi)害防治措施制定等必需的參數(shù)[1]。我國煤炭行業(yè)普遍采用直接法和間接法進(jìn)行煤層瓦斯含量測(cè)定,基于現(xiàn)有直接法定點(diǎn)取樣提出改進(jìn),張宏圖等[2]提出負(fù)壓排渣定點(diǎn)取樣煤層瓦斯含量測(cè)定方法,其中顆粒煤瓦斯解吸擴(kuò)散特征是負(fù)壓取樣中瓦斯損失量推算重要依據(jù)。瓦斯擴(kuò)散系數(shù)是表征煤中瓦斯解吸擴(kuò)散特征的基本參數(shù),基于菲克定律建立的含瓦斯煤體吸附解吸動(dòng)力學(xué)模型是目前應(yīng)用最為廣泛的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型[3],描述瓦斯擴(kuò)散過程的模型主要包括單一孔隙擴(kuò)散模型、雙孔隙擴(kuò)散模型、擴(kuò)散率模型等[4]。為簡化模型中擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算的復(fù)雜程度,眾多學(xué)者提出擴(kuò)散系數(shù)的簡便解法便于應(yīng)用于工程實(shí)際中,其中以楊其鑾[5]、張登峰[6]、聶百勝[7]等學(xué)者的計(jì)算模型應(yīng)用最為廣泛。近年來部分學(xué)者提出擴(kuò)散系數(shù)時(shí)變性,李志強(qiáng)等[8]通過擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間增大而衰減,建立了描述瓦斯擴(kuò)散全過程的動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)新擴(kuò)散模型。史廣山等[9]依據(jù)相似理論及擴(kuò)散方程,提出瓦斯擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法。張路路等[10]建立了隨孔隙尺寸和孔隙壓力變化的動(dòng)態(tài)擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散模型。與以往的解析解求解不同,王公達(dá)等[11]利用數(shù)值模擬求解擴(kuò)散系數(shù),發(fā)現(xiàn)數(shù)值解相比解析解更能反應(yīng)煤層真實(shí)情況。許多學(xué)者在不同因素對(duì)顆粒煤瓦斯擴(kuò)散的影響方面做了深入研究[12-23]。由于負(fù)壓取樣時(shí)顆粒煤暴露排至孔口過程時(shí)間較短且損失量難以確定,因此研究顆粒煤瓦斯負(fù)壓解吸擴(kuò)散規(guī)律十分有必要。為此,開展顆粒煤不同吸附平衡壓力(0.5、0.74、1 MPa)在不同負(fù)壓(-40、-50、-60 kPa)下解吸擴(kuò)散規(guī)律實(shí)驗(yàn),基于第三類邊界條件經(jīng)典擴(kuò)散模型計(jì)算擴(kuò)散系數(shù),分析顆粒煤負(fù)壓解吸擴(kuò)散特征參數(shù)的變化規(guī)律,提高負(fù)壓取樣技術(shù)中負(fù)壓段瓦斯損失量的推算精度,對(duì)于煤層瓦斯含量測(cè)定具有重要意義。

        1 實(shí)驗(yàn)煤樣與實(shí)驗(yàn)方法

        煤樣選取河南義煤集團(tuán)新安煤礦,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室將其破碎并篩分,得到粒徑為0.5~1 mm 的煤樣,制備成空氣干燥基煤樣。實(shí)驗(yàn)之前,依據(jù)GB/T 212—2001 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤樣進(jìn)行了工業(yè)分析與吸附常數(shù)的測(cè)定,測(cè)得煤樣水分為1.03%,灰分為19.6%,揮發(fā)分為16.3%,視密度為1.5 g/cm3,孔隙率為4.9%,吸附常數(shù)a 值為28.6 m3/t,b 值為0.57 MPa-1。實(shí)驗(yàn)采用自制的顆粒煤瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1。

        圖1 瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Gas negative pressure desorption experimental system

        實(shí)驗(yàn)方法如下:

        1)抽真空模塊。取空氣干燥基煤樣300 g 放置于煤樣罐中,打開手動(dòng)閥2 啟動(dòng)抽真空模塊對(duì)系統(tǒng)抽真空,檢驗(yàn)系統(tǒng)氣密性。

        2)高壓氣源模塊。向煤樣罐充入甲烷氣體并使其吸附24 h,壓力傳感器P1示數(shù)達(dá)到預(yù)定的吸附平衡壓力(0.5、0.74、1 MPa)并維持2 h,即認(rèn)定達(dá)到吸附平衡。

        3)維壓模塊。人機(jī)交互平臺(tái)控制伺服電機(jī)工作,絲桿連接活塞改變維壓容器內(nèi)空氣體積并通過緩沖罐穩(wěn)定負(fù)壓值,實(shí)現(xiàn)可以快速轉(zhuǎn)換煤樣罐的解吸環(huán)境壓力,通過設(shè)定使壓力傳感器P2示數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)定的負(fù)壓值(-40、-50、-60 kPa)。

        4)煤樣罐解吸。打開閥門8 迅速排空煤樣罐中的游離瓦斯隨之關(guān)閉,開啟電磁閥使煤樣罐與維壓模塊連接,使顆粒煤在預(yù)定負(fù)壓環(huán)境下解吸。

        5)流量采集模塊。以1 s 為采集周期,記錄流量采集模塊參數(shù),累計(jì)采集負(fù)壓解吸時(shí)長120 s。

        在實(shí)驗(yàn)過程中煤樣罐保持30 °C 恒溫,顆粒煤經(jīng)歷120 s 的解吸擴(kuò)散,測(cè)量顆粒煤不同吸附平衡壓力(0.5、0.74、1 MPa)在不同負(fù)壓(-40、-50、-60 kPa)下瓦斯解吸擴(kuò)散數(shù)據(jù)并繪制曲線,不同負(fù)壓下顆粒煤解吸曲線如圖2。圖2 表明顆粒煤中的瓦斯解吸量在同一吸附平衡壓力下隨著負(fù)壓的增加而增加,隨著吸附平衡壓力的升高120 s 內(nèi)可解吸的瓦斯也隨之增多。

        圖2 不同負(fù)壓下顆粒煤解吸曲線Fig.2 Desorption curves of granular coal under different negative pressures

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        負(fù)壓取樣過程中顆粒煤瓦斯擴(kuò)散系數(shù)變化根據(jù)文獻(xiàn)[7]中推導(dǎo)的第三類邊界條件下煤粒瓦斯擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型,推算負(fù)壓環(huán)境下的瓦斯擴(kuò)散系數(shù),假定煤顆粒為球形各向同性,瓦斯在煤中流動(dòng)連續(xù)符合質(zhì)量守恒定律,結(jié)合初始和邊界條件建立模型如下:

        式中:C 為甲烷濃度,kg/m3;t 為時(shí)間;C0為初始甲烷濃度,kg/m3;D 為擴(kuò)散系數(shù),m2/s;r 為煤粒半徑,m;r0為煤粒瓦斯半徑,a、b 為朗繆爾常數(shù);p0為初始平衡壓力,Pa;T 為煤粒表面吸附甲烷和游離甲烷的質(zhì)量交換系數(shù),m/s;Cf為煤粒間裂紋中游離甲烷的濃度,kg/m3。

        對(duì)式(1)進(jìn)行求解得:

        式中:Qt為瓦斯解吸量;Q∞為極限瓦斯解吸量;F0為傳質(zhì)傅里葉數(shù);U1為中間轉(zhuǎn)換tanU=U/(1-Tr0/D)=U(1-Bi)系列解的一個(gè)解;方程Bi 為傳質(zhì)畢歐準(zhǔn)數(shù),Bi=Tr0/D。

        對(duì)式(2)兩邊取對(duì)數(shù)得:

        式(3)是一個(gè)線性方程,即ln(1-Qt/Q∞)隨著時(shí)間t 線性變化,其中-δ 是直線的斜率,而lnA 是直線的截距。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以獲得解吸時(shí)間t 與解吸量的值Qt的變化關(guān)系,極限瓦斯解吸量Q∞根據(jù)式(4)求得,在直角坐標(biāo)系下,以ln(1-Qt/Q∞)為縱坐標(biāo),t 為橫坐標(biāo)作圖,顆粒煤瓦斯擴(kuò)散測(cè)定結(jié)果如圖3,通過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的擬合獲得A 和δ。求出U1和D,計(jì)算傳質(zhì)畢歐準(zhǔn)數(shù)值Bi、傳質(zhì)傅立葉準(zhǔn)數(shù)Fo和表面質(zhì)交換系數(shù)T。瓦斯在不同負(fù)壓下的解吸動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表1。

        t 時(shí)刻的累積擴(kuò)散率Qt/Q∞中,Qt為t 時(shí)刻累積解吸量,Q∞為可解吸瓦斯含量(Q∞=Q-Qa,Qa為同溫大氣壓下的含氣量,亦按式(4)計(jì)算其中用大氣壓力代替式(4)中的壓力p)。

        式中:Q 為初始總瓦斯含量,cm3/g;a、b 為吸附常 數(shù);p 為 吸 附 平 衡 壓 力,MPa;Aad為 干 燥 基 灰分,%;Mad為水分,%;φ 為孔隙率;ρ 為煤視密度,g/cm3;tw為平衡溫度,℃。

        圖3 顆粒煤瓦斯擴(kuò)散測(cè)定結(jié)果Fig.3 Particle coal gas diffusion measurement results

        表1 瓦斯在不同負(fù)壓下的解吸動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Kinetic parameters of gas desorption under different negative pressures

        顆粒煤瓦斯解吸環(huán)境并非常壓狀態(tài),因此在求解Q∞時(shí),Qa中的壓力p 應(yīng)為相對(duì)于大氣壓力的解吸環(huán)境負(fù)壓值,在常壓狀態(tài)下解吸煤樣在0.5、0.74、1 MPa 下,極限瓦斯解吸量分別為4.896、7.098、9.065 mL/g。由表1 可知,在-40、-50、-60 kPa 不同負(fù)壓環(huán)境下,0.5 MPa 對(duì)應(yīng)的極限瓦斯解吸量分別增加了12.36%、15.54%、18.75%;0.74 MPa 對(duì)應(yīng)的極限瓦斯解吸量分別增加了8.54%、10.72%、12.93%;1 MPa 對(duì)應(yīng)的極限瓦斯解吸量分別增加了6.69%、8.39%、10.13%;隨著吸附平衡壓力的升高極限瓦斯解吸量的增幅變小。

        Bi、Fo代表了擴(kuò)散的特點(diǎn)與影響范圍[7],傳質(zhì)畢歐準(zhǔn)數(shù)Bi從物體內(nèi)外擴(kuò)散阻力的大小表征了物體擴(kuò)散場(chǎng)的特點(diǎn),Bi值小說明煤粒內(nèi)部擴(kuò)散阻力小擴(kuò)散能力強(qiáng),瓦斯氣體在煤粒內(nèi)部濃度接近,內(nèi)外擴(kuò)散濃度差小。Bi值大說明外部對(duì)流傳質(zhì)阻力小,瓦斯氣體在煤粒表面的濃度和游離氣體濃度接近,在煤粒內(nèi)外的濃度差大。傳質(zhì)傅立葉準(zhǔn)數(shù)Fo也反映了擴(kuò)散場(chǎng)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征Fo越大,說明擴(kuò)散場(chǎng)擾動(dòng)波及的深度越深入煤粒內(nèi)部,F(xiàn)o越小,則說明濃度擾動(dòng)波及的范圍越小。

        同一吸附平衡壓力下,隨著負(fù)壓值的增大傳質(zhì)畢歐準(zhǔn)數(shù)Bi和傳質(zhì)傅立葉準(zhǔn)數(shù)Fo隨之增大說明負(fù)壓值約大顆粒煤外部對(duì)流傳質(zhì)阻力小,擴(kuò)散場(chǎng)擾動(dòng)波及的深度越深入煤粒內(nèi)部;表明負(fù)壓值增大改變了瓦斯解吸動(dòng)力學(xué)參數(shù),加快了瓦斯解吸擴(kuò)散。不同負(fù)壓下瓦斯擴(kuò)散系數(shù)變化如圖4。

        圖4 不同負(fù)壓下瓦斯擴(kuò)散系數(shù)變化Fig.4 Change of gas diffusion coefficient under different negative pressures

        根據(jù)圖4 可知,顆粒煤瓦斯在擴(kuò)散初期在同一吸附平衡壓力下擴(kuò)散系數(shù)D 隨著負(fù)壓值的增大而增大,同一負(fù)壓值下擴(kuò)散系數(shù)D 隨著吸附平衡壓力的增大而減小,煤粒表面瓦斯與游離瓦斯的質(zhì)交換系數(shù)T 的大小表示質(zhì)交換的快慢,由式(2)可知擴(kuò)散系數(shù)D 與畢歐準(zhǔn)數(shù)Bi共同決定了T 的大小,質(zhì)交換系數(shù)T 與擴(kuò)散系數(shù)D 的變化趨勢(shì)相同。

        3 結(jié) 論

        1)負(fù)壓環(huán)境下顆粒煤瓦斯極限瓦斯解吸量與常壓下的計(jì)算結(jié)果不同,Q∞隨著環(huán)境負(fù)壓值的增大而增加,在-40、-50、-60 kPa 不同負(fù)壓環(huán)境下,0.5 MPa 對(duì)應(yīng)的極限瓦斯解吸量分別增加了12.36%、15.54%、18.75%;0.74 MPa 對(duì)應(yīng)的極限瓦斯解吸量分別增加了8.54%、10.72%、12.93%;1 MPa 對(duì)應(yīng)的極限瓦斯解吸量分別增加了6.69%、8.39%、10.13%;隨著吸附平衡壓力的升高極限瓦斯解吸量的增幅變小。

        2)同一吸附平衡壓力下,隨著負(fù)壓值的增大Bi和Fo隨之增大說明負(fù)壓值越大顆粒煤外部對(duì)流傳質(zhì)阻力小,擴(kuò)散場(chǎng)擾動(dòng)波及的深度越深入煤粒內(nèi)部,表明負(fù)壓值增大改變了瓦斯解吸動(dòng)力學(xué)參數(shù),加快了瓦斯解吸擴(kuò)散。

        3)顆粒煤瓦斯在擴(kuò)散初期在同一吸附平衡壓力下擴(kuò)散系數(shù)隨著負(fù)壓值的增大而增大,同一負(fù)壓值下隨著吸附平衡壓力的增大而減小。

        猜你喜歡
        擴(kuò)散系數(shù)實(shí)驗(yàn)
        記一次有趣的實(shí)驗(yàn)
        微型實(shí)驗(yàn)里看“燃燒”
        做個(gè)怪怪長實(shí)驗(yàn)
        一類具有變擴(kuò)散系數(shù)的非局部反應(yīng)-擴(kuò)散方程解的爆破分析
        NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
        實(shí)踐十號(hào)上的19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)
        太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55
        基于Sauer-Freise 方法的Co- Mn 體系fcc 相互擴(kuò)散系數(shù)的研究
        上海金屬(2015年5期)2015-11-29 01:13:59
        FCC Ni-Cu 及Ni-Mn 合金互擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定
        上海金屬(2015年6期)2015-11-29 01:09:09
        非時(shí)齊擴(kuò)散模型中擴(kuò)散系數(shù)的局部估計(jì)
        Ni-Te 系統(tǒng)的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)研究
        上海金屬(2013年4期)2013-12-20 07:57:07
        青青草视频国产在线观看| 欧美日韩国产一区二区三区不卡 | 无码熟妇人妻av在线影片最多 | 国产高潮流白浆视频在线观看 | 一本色道久久88综合亚洲精品 | 精品极品一区二区三区| 日日摸天天碰中文字幕你懂的| 天天躁夜夜躁天干天干2020| 精品人妻少妇一区二区不卡| 亚洲伊人免费综合网站| 成人一区二区人妻少妇| 国产成人精品久久综合| 男女性高爱潮免费观看| 91亚洲无码在线观看| 91久久精品一区二区喷水喷白浆| 一区二区三区极品少妇| 成视频年人黄网站免费视频| 比比资源先锋影音网| 蜜桃av无码免费看永久| 久草手机视频在线观看| 少妇夜夜春夜夜爽试看视频| 成人无码一区二区三区网站| 国产丝袜免费精品一区二区| 日本黄色影院一区二区免费看 | 亚洲a∨无码男人的天堂| 国产91中文| 成人激情视频一区二区三区| 日本在线视频www色| 日本精品人妻无码77777| 久久精品中文字幕极品| 精品一区二区三区老熟女少妇| 亚洲av无码乱码精品国产| 国产70老熟女重口小伙子| 特级毛片a级毛片在线播放www| 久久96日本精品久久久| 熟女精品视频一区二区三区| 97精品伊人久久大香线蕉app| 青草青草伊人精品视频| 少妇人妻出水中文字幕乱码| 国产小视频在线看不卡| 色妞ww精品视频7777|