煤粒瓦斯解吸实验与数值模拟：达西定律的应用分析

"秦跃平，郝永江，刘鹏，王健等人进行了一项关于煤粒瓦斯解吸实验与数值模拟的研究，该研究发表在2015年的《煤炭学报》上。他们旨在探索瓦斯在煤粒中流动的基本规律，并在封闭空间内进行了实验，以菲克和达西定律为基础建立了数学模型。实验结果显示，瓦斯在煤粒中的流动更符合达西定律，而非菲克定律。" 本文是一篇行业研究，探讨了煤粒瓦斯解吸的现象，尤其是在封闭空间内的行为。研究人员选取了不同粒径的煤样，在恒温条件下进行瓦斯动态吸附解吸实验，同时构建了一维非稳态流动的瓦斯数学模型，利用有限差分方法进行分析。 首先，实验部分是基于煤体瓦斯吸附解吸实验系统进行的，对不同粒径的煤样进行了解吸实验，记录了在不同初始压力下的累积解吸量随时间的变化。这些数据为理解瓦斯在煤粒中的行为提供了实证基础。 其次，理论建模部分，研究人员分别基于菲克定律（描述分子扩散）和达西定律（描述多孔介质中的流动）建立了数学模型。菲克定律通常用于描述物质在均匀介质中的扩散，而达西定律适用于多孔材料中的流动现象。通过有限差分方法对这两个模型进行了离散化处理，并通过编程进行求解。 对比实验结果和数值模拟结果发现，菲克定律模拟的结果始终表现为一条直线，这意味着它无法完全解释煤粒中瓦斯的流动行为。相反，达西定律模拟和实验结果呈现出明显的曲线特征，两者之间有较高的拟合度，表明在封闭空间内，瓦斯在煤粒中的流动遵循达西定律，即多孔介质中的流动规律。 最后，研究结论指出，无论是外部压力变化还是不变，煤粒内的瓦斯流动都遵循达西定律，而非菲克定律。这为理解和预测煤矿中瓦斯的行为提供了重要的理论依据，对于煤矿安全和瓦斯治理具有实际意义。 该研究的创新点在于将实验与数值模拟相结合，揭示了瓦斯在煤粒中的流动规律，对于未来在煤炭开采和瓦斯控制技术方面的发展具有指导价值。此外，该研究也强调了理论模型与实验数据的匹配度在验证物理过程中的关键作用。