二维模型下的吸附作用下煤样瓦斯渗流数值分析

本研究聚焦于"吸附作用下煤样瓦斯渗流的数值分析"，针对煤炭行业中关键的问题，作者构建了一个同时考虑吸附作用和渗透率变化的数学模型。研究采用Ansys-Fluent软件进行数值模拟，主要关注的是在不同压力条件下的瓦斯流动特性，包括密度、速度、流量以及压力分布。该工作基于国家重点基础研究发展计划（973）项目的支持，对于理解煤层瓦斯的渗流规律及其吸附效应具有重要价值。 模型研究的物理背景是煤的吸附特性，这是煤区别于其他渗透介质的独特属性，对瓦斯的渗流行为有显著影响。前人研究已经探讨了恒定围压下孔隙压力、渗透率和煤样变形等因素，以及有效应力、吸附膨胀等因素对瓦斯渗流规律的影响。这些研究为当前模型的建立提供了理论基础。 研究假设包括煤体的同性多孔性质，径向部分视为不透气的岩层，渗流过程视为等温，且煤岩为小变形的多孔介质。瓦斯在孔隙内的流动遵循达西定律，且假定煤样在未经过吸附平衡时，有效应力保持恒定。连续性方程在此基础上加入了质量源项，以考虑吸附作用对瓦斯流动的动态影响。 具体数值分析方面，文章展示了随着压力的增加，瓦斯密度在出口附近有明显的下降趋势，这表明压力对气体的密度有显著影响。压力梯度在轴向变化较为平缓，但在接近出口区域，压力梯度会迅速增大。此外，由于吸附作用的存在，质量流率沿轴向逐渐减少，且这一下降趋势随压力的增加而加剧。这些发现对于理解和控制煤层中的瓦斯流动行为，尤其是在瓦斯灾害防治和煤层气开发中，具有重要的指导意义。 通过对比实验数据，该模型的计算结果显示出良好的吻合度，验证了其在描述吸附作用下煤样瓦斯渗流过程的有效性。这项工作不仅深化了我们对煤层瓦斯流动特性的认识，也为后续的理论研究和工程实践提供了强有力的技术支持。