弱涡流场下煤矿回风流瓦斯富集模拟研究：理论与实验验证

本研究论文《弱涡流场富集回收煤矿回风流瓦斯的模拟实验研究》由李化敏、李怀宾和韦纯福等人合作完成，他们聚焦于煤矿回风流中CH4（甲烷）浓度普遍较低的问题，这是由于CH4在回风流中的排放常常导致浓度仅为0.5%至1%，这在业内被认为是低或超低浓度。该研究旨在探索在这种特殊环境下，如何有效地回收利用这些低浓度瓦斯。 论文首先基于CH4的固有物理属性和浮升运动特性，提出了弱涡流场对于低浓度瓦斯富集的催化加速作用理论。作者认为，利用CH4与空气的密度差可以作为一种科学的富集方法，特别是在弱涡流条件下，这种效应尤为显著。他们设计并开发了一种涡流塔装置，通过实际试验研究不同强度涡流对低浓度瓦斯富集规律的影响，并结合数值模拟进行了深入分析。 实验结果显示，在弱涡流场下，瓦斯的富集度能够达到37.6%，相比于瓦斯静止状态下自由扩散的情况，这一富集度有了显著提高。这表明，利用涡流场的力量可以显著提升低浓度瓦斯的回收效率。这项研究不仅提供了一种新的思路，还为煤矿回风流中CH4的高效回收提供了可能的实施方案。 此外，论文还讨论了这项工作的技术背景，包括得到了高校博士学科点专项科研基金、国家自然科学基金面上项目以及河南省科技攻关项目的资助。作者们分别来自河南理工大学能源科学与工程学院和数学与信息科学学院，他们的研究方向涵盖了采矿理论与技术、煤矿安全开采以及智能信息处理和矿山信息化等领域。 论文的关键点集中在采矿工程、煤矿回风流、低浓度瓦斯、弱涡流场和富集度等方面，为解决煤矿开采过程中如何有效回收低浓度瓦斯，实现资源的可持续利用提供了新的科学依据和技术支持。整体来看，这是一篇具有实用价值和理论意义的首发研究论文，对于推动煤炭行业的节能减排和绿色开采具有积极的推动作用。