格子Boltzmann法结合单轴压缩研究煤岩渗透率的高效算法

本文主要探讨了一种创新的煤炭与岩石渗透率研究方法，该方法结合了格子Boltzmann方法和单轴压缩试验，旨在提高煤岩渗透率测定的效率和准确性。格子Boltzmann方法是一种基于统计力学的数值模拟技术，尤其适用于处理流体动力学问题，如流体在复杂多孔介质中的流动。 首先，研究人员通过单轴压缩试验对煤岩进行实验，收集煤岩在不同应力下的应力应变数据，并在此过程中拍摄下煤岩裂纹的照片，以便捕捉到裂纹的发展动态。这些图片对于后续的数值模拟至关重要，因为它们提供了煤岩内部微观结构的视觉参考。 接着，研究团队开发了一套针对孔隙尺度的格子Boltzmann模拟程序。该程序利用Grenoble试验进行验证，确保其能够准确模拟实际物理过程。程序读取裂纹照片，根据照片中的裂纹网络模拟流体在其中的流动情况，包括压力分布和流速。这些数值结果是通过达西方程来计算得出的，达西方程是描述流体通过裂缝流动时的渗透率的基本方程。 进一步地，通过对不同应力等级下煤岩裂纹的照片分析，研究人员得到了应力与渗透率之间的关系曲线。通过数据拟合技术，他们建立了一个数学模型，将应力与渗透率的关系精确量化。这种关系对于理解和预测煤层的开采行为、地下水运动以及矿井稳定性具有重要意义。 最后，作者将他们的研究成果与现有的文献中的应力-渗透率关系进行了比较，验证了新方法的有效性和优越性。这样的对比有助于评估理论模型的适用范围，同时也可能推动该领域内标准测试方法的改进。 这篇文章提供了一种结合实验与数值模拟的强大工具，用于煤岩渗透性的精确测量，这对于优化采掘决策和保障矿产资源安全开采具有实际价值。同时，这种方法也为其他领域的多孔介质渗透性研究提供了新的思路和方法论。