分形表征下粗糙微纳米孔隙瓦斯传输方程的精确研究与应用

该研究论文聚焦于"基于分形表征的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程研究"，其主要目标是探索煤体内部孔隙表面粗糙微结构对瓦斯气体传输的影响以及如何精确描述这种复杂的传输过程。作者利用自相似性分形理论，推导出了一种方法来计算微纳米孔隙内壁面粗糙元的有效平均高度和孔隙的有效半径，这些参数对于理解粗糙表面对气体流动的影响至关重要。 论文首先通过Optical Tensiometer设备对实际煤体孔隙壁面进行三维形态分析，获取关键参数，进而计算出相对粗糙度，论文中提到的关键参数值为0.352，这代表了粗糙度对传输过程的显著影响。接下来，作者将流体速度滑移效应和分子扩散机制整合到模型中，分别推导出粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体滑流修正传输方程和非连续流扩散传输方程，以全面考虑这些复杂物理过程。 为了克服煤体纳米级孔隙测量困难和连通性对气体传输的干扰，研究者选择结构规整的纳米级圆孔阳极氧化铝薄膜作为模拟通道，通过气体压差穿透实验验证理论模型。通过实验室的PMI微渗透率设备，他们对薄膜的渗透性进行了实验测试，并将实验结果与理论预测进行对比，以验证模型的准确性。 研究发现，基于分形表征的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程是合理的，它强调了考虑孔隙粗糙度对瓦斯流动的必要性。论文提出的以分形理论为基础的孔隙相对粗糙度公式相比于传统的经验性公式，具有更高的精度。这项研究不仅深化了我们对粗糙微通道气体传输的理解，也为未来在分形拓扑领域中进行气体流动模拟，特别是针对类似微纳米孔隙这样的复杂结构，提供了强有力的理论支持。 总结来说，这篇论文的核心贡献在于提出了一套完整的理论框架，用于处理粗糙微纳米孔隙中瓦斯气体的传输问题，这对于提高瓦斯开采和安全控制的效率具有重要意义。此外，研究结果还展示了分形理论在描述此类复杂系统中的强大应用潜力。