二维地下气化区非稳态渗流模拟：煤炭地下气化研究

"基于非稳态渗流传递的煤炭地下气化数值模拟" 煤炭地下气化是一种先进的煤炭利用技术，它通过在地层中引燃煤炭并控制燃烧过程，以生成可燃气体，如氢气（H2）和一氧化碳（CO）。这项技术涉及到复杂的物理和化学过程，包括渗流、传热、传质以及化学反应。本文重点讨论了非稳态渗流传递在煤炭地下气化中的关键作用，并建立了相应的数学模型。 首先，为了理解煤炭地下气化的动态发展，研究人员选取了平面二维的气化区域作为研究模型。他们关注的是水平煤层在气化过程中的热力学行为，尤其是渗流传热和化学反应的耦合作用。这种耦合效应决定了煤炭如何被有效气化，以及生成的气体如何在地下流动。 文章中提到，煤焦在不同的供氧条件下，其燃烧和气化反应的速率和模式会有所不同。例如，当摩尔分数分别为0.15、0.20和0.33时，火焰工作面的移动速度分别为0.125、0.174和0.274米/小时。这表明氧气供应量的增加能显著加快气化过程，使得燃烧前沿更快地向气化区出口推进。 温度场和产物浓度的分布是分析气化过程的重要指标。在二维温度场中，可以观察到明显的氧化区和还原区，两者之间的热分界线随着时间的推移而变化。初始时，这两个区域的面积比约为0.5，随着时间的推移，还原区的范围逐渐扩大，最终延伸至出口。这一现象揭示了气化过程中热量传递和化学平衡的变化。 此外，提高供气中的氧气浓度会提升热渗透作用区域的温度，这导致煤粒的燃烧气化反应期缩短。同时，由于反应条件的优化，产生的煤气中氢气和一氧化碳的含量也会增加。这种现象对于提高气化效率和优化气体产物的组成至关重要。 数值模拟的结果与实验数据相吻合，验证了模型的准确性。这为煤炭地下气化的工程实践提供了理论依据和技术支持，有助于优化气化工艺参数，提升能源利用率，降低环境影响。 基于非稳态渗流传递的煤炭地下气化数值模拟是理解这一复杂过程的关键工具。通过精确建模和计算，可以预测和控制气化过程中的各种物理和化学参数，从而实现更高效、更环保的煤炭利用。该研究对推动煤炭行业的科技进步，尤其是煤炭资源的清洁利用，具有重要的理论和实际意义。