基于Maxwell-Stefan双扩散模型的煤层气注气数值模拟

目前煤层气注气数值模拟软件中均以扩展Langmuir模型模拟多组分气体吸附/解吸,以拟稳态单孔扩散模型和Fick定律描述煤层基质中气体扩散,虽然简单,便于应用,但存在较大局限性。以试验数据为依据,评价扩展Langmuir、IAS和2D PR-EOS多组分气体吸附模型可靠性,并建立Maxwell-Stefan双扩散模型模拟气体扩散过程。最后,将双扩散模型与煤储层气水两相多组分渗流模型耦合,利用IMPES方法求解研究煤层气注气过程。研究表明:2D PR-EOS模型预测结果优于扩展Langmuir和IAS模型;注气初期基质中多组分气体吸附和甲烷解吸速率较快,之后逐渐变缓;该模拟方法可以较为准确地模拟煤层气衰竭和注气开发过程,预测煤基质中气体各组分浓度分布,为煤层气注气开发的研究及现场应用提供有效的技术手段。     

聚合物老化降解的组分模型建立与应用

 聚合物老化降解是影响油藏中聚合物驱效果的重要因素.聚合老化降解表观上是其特征黏度和黏度降低的过程,实质是聚合物分子量断裂引起的大分子向小分子降解的过程,聚合物降解过程中分子量分布发生变化,但其总质量浓度不变.假设聚合物由多个不同分子量的纯组分构成,建立的多组分模型可以描述聚合物老化降解过程中各组分质量浓度变化的过程.基于组分模型的构建思想,将多组分模型进行简化处理,构建了聚合物降解的两组分模型.假设聚合物老化降解发生在两组分之间,平均分子量较大的高组分聚合物向分子量较小的低组分聚合物降解.通过拟合具体的实验数据得到两组分模型的两个参数:低组分聚合物特征黏度和降解系数,进而通过两组分模型描述聚合物降解过程中特征黏度的变化过程,再结合特征黏度与黏度的半经验公式表征聚合物降解过程中黏度的变化.相对于多组分模型,两组分模型的参数更易获取,也不失对聚合物降解机制的体现,可以通过两组分模型描述聚合物的老化降解过程.     

液体回灌对生活垃圾好氧反应温度变化影响的模拟预测

好氧反应过程中的温度变化模拟预测,对于垃圾填埋场好氧通风系统的安全运行具有重要意义。在热释放守恒定律的基础上,建立了考虑液体回灌条件下生活垃圾好氧反应过程中的热平衡方程。将氧气消耗速率引入热释放速率模型中,并提出两阶段氧气消耗速率模型来描述好氧反应过程中的热释放效应。开展了通风强度、回灌条件和等效热传导系数对好氧反应过程中垃圾堆体温度变化影响的模拟,结果表明：气体交换导致垃圾堆体的峰值温度至少下降3.6%,液体回灌使垃圾温度降低超过24.1%;液体回灌量从500ml/周增加到1500ml/周,垃圾峰值温度下降29.1%;回灌液体温度每相差10 ,对垃圾温度的影响最多可达4.0 ;随着等效热传导系数从0.3升到1.0,垃圾峰值温度逐渐降低,达到峰值强度的时间提前25.9%,后期温度下降幅度变小。以上成果为好氧通风系统运行过程中温度预测及安全调控提供了理论依据。     

降解和压缩作用下垃圾土气体渗透率非线性定量表征模型研究

垃圾土的气体渗透特性是填埋气体灾变控制与资源化利用的重要参数.基于垃圾土气体渗透率-孔隙度关系的幂函数模型和复合压缩模型,建立了考虑降解和压缩作用的垃圾土气体渗透率定量表征模型,分析了压缩系数、生化降解应变和生化降解速率常数等参数对气体渗透率定量表征模型的演化规律和影响机理,并探讨了应变对孔隙度,以及幂指数对气体渗透率模型的影响规律.分析结果表明:随着压缩系数的增大,气体渗透率数值减小幅度较大,可达到2个数量级;生物降解应变对气体渗透率定量表征模型的影响主要是后期的降解沉降阶段,且随着生物降解应变的增大,气体渗透率不断的减小;生物降解速率常数对气体渗透率定量表征模型的影响主要在中间降解阶段,且随着生物降解速率常数的增大而减小;随着应变的增大,孔隙度降低的幅度较大,数值可达到初始值的0.4倍;随着应变的增大,气体渗透率是不断减小,且减小幅度随着幂指数的增大而不断增大,可达2个数量级.     

泡沫分离技术的研究——Ⅴ.泡沫分离塔内气-液两相的流体力学

在已建立的光电毛细探头技术测定气泡尺寸分布的压力校正方法基础上,应用光电毛细探头微机在线测量方法,研究了各种操作参数,如气体流速、进料量、进料浓度、溶液中NaCl浓度、气体分布器以及布气状态等,对泡沫分离塔内气泡和泡沫气泡尺寸与分布的影响。并在此基础上,由实验结果得到了关于泡沫排液的定量模型,以及鼓泡区内气含率、空塔气速、溶液表面活性剂浓度等参数之间的定量关系。这些定量结果将进一步用于泡沫分离塔的设计计算中。     

采空区场流数值模拟程序(G3)实现与应用

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、分相气体(瓦斯、氧、CO)渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区安全(瓦斯、自然发火等)分析数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解计算机程序(G3).结合Y形通风形式采空区的求解实例,展示了G3能够适应各种复杂边界条件,并给出工作面开采条件下采空区内各相气体和温度变化的图形分布解G3中采空区按冒落非均质介质处理;考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,并能反映工作面推进、通风量等因素影响关系.可操作性好,能对各种情况做任意性模拟试验,便于从理论上描绘采空区漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧、CO浓度和温度的分布状态及其变化过程.图7,参16.     

基于随机森林的公路隧道CO气体浓度预测模型

汽车尾气的主要成分是CO气体，是公路隧道通风设计的一项重要参数。准确、快速地预测隧道内CO气体浓度，能够为隧道通风控制提供有力参考，有助于CO气体浓度的及时控制，对保障隧道内人员的健康、安全和隧道绿色节能十分必要。采用公路隧道实地监测CO气体浓度数据，建立了以监测点位置、交通量、车速、风速为输入特征的公路隧道CO气体浓度预测随机森林模型。通过整理3 300 m长隧道CO气体浓度数据，对比了CO气体浓度实测数据与模型预测值，验证了模型的预测精度。结果表明，基于随机森林建立的CO气体浓度预测模型具有良好的预测精度，能够准确地预测隧道内CO气体浓度，测试集的均方根误差(root mean square error, RMSE )和决定系数(R2)分别为0.4974和0.9437；该预测模型性能显著优于线性回归模型和支持向量机模型；预测模型能够推广应用于其他隧道的CO气体浓度预测，对应的RMSE和R2分别为0.9095和0.7295，可以在已知测点位置、交通量、车速、风速的情况下预判隧道内CO气体浓度，为隧道通风控制或安全预警提供数据参考；特征重要性分析结果显示，测点位置对隧道内CO浓度的影响最大，在隧道出口处CO气体浓度值最高；随着风速的增大，隧道内CO气体浓度逐渐减小。     

三维物理模型在长臂采煤工作面采空区通风研究中的应用（英文）

煤矿长臂工作面采空区中的风流分布对危险区域识别起到重要作用,并且受到上覆岩层垮落效果和井下通风方式影响巨大。为了探究U型通风工作面采空区中风流分布,在相似比为1∶300的物理模型中开展了实验研究。该物理模型主要由4部分组成:开采系统、由相似模拟材料堆砌的上覆岩层、通风系统和数据采集系统。随着模型开采和上覆岩层垮落,在采空区形成后引入示踪气体。通过预埋的监测管路测试模型中示踪气体在各点的浓度,从而得到示踪气体浓度分布图。该实验平台和研究方法通过相似材料和模拟开采系统可以获取较为合理的物理上覆岩层和长臂采空区模型。通过示踪气体手段可以得到可视化的采空区风流分布。通过改变通风方式,该系统可应用于针对其他不同通风条件下采空区风流状况研究。     

城市垃圾填埋场地下水环境预测评价

以桂林冲口垃圾卫生填埋场为例,在查明场地环境水文地质条件基础上,建立渗滤液组分弥散迁移物理和数学模型,利用求得的各组分源强预测了垃圾填埋环境影响时间尺度内各保护目标距离上的组分浓度水平,并对结果做了简要的分析与评价     

注气开采煤层气多组分流体扩散渗流问题研究

依据双重介质扩散渗流和多组分吸附平衡理论,建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流模型,还利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理.研究表明,注入二氧化碳气体不但减少煤层甲烷的分压,加速煤层甲烷的解吸,而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,更易竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量.     

基于Visual Modflow地下水污染物溶质运移的模拟

垃圾填埋场渗滤液向地下含水层的渗漏是地下水受到污染的一个重要因素,而地下水溶质运移模型是找出污染迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段。为研究垃圾填埋场渗滤液对周边地下水的污染状况,本文基于地下水流动模型Visual Modflow和多组分溶质运移模型MT3DMS软件平台之上,通过建立的三维数学模型预测了研究区域未来30年内特征污染物Cl-的污染羽迁移范围。模拟分析结果表明:距污染源越近污染物浓度越高,主要危害沿地下水流动方向的远场地地表水和浅层地下水,深层地下水和污染源上游不受影响;污染物不易污染深层地下水,但是在深层地下水中的迁移速度最大;湖泊对溶质有持续捕获作用;在污染源周围开采地下水会影响溶质迁移速度和方向。上述结果为垃圾场防渗措施的选择和地下水的治理、修复提供了定量依据。     

动物实验室通风熏蒸过程的模拟研究

动物实验室在启用前需要进行熏蒸彻底灭菌消毒以保证室内洁净. 通风系统熏蒸是在送风管与排风管之间加入熏蒸气体发生设备,通过室内空气循环来促进熏蒸气体扩散. 为了研究通风系统熏蒸过程气体浓度分布的影响因素,用icem建模以及fluent软件对该过程的不同的时间、换气次数、送风形式及温度分布状态下多工况的气流组织进行瞬态模拟,预测并分析熏蒸气体浓度和湿度的分布规律. 得出使熏蒸气体快速达到灭菌程度的最小换气次数随时间延长而减小,改变送风形式可以减少实验台附近的涡流,室内温度随高度降低有利于熏蒸气体快速扩散的结论,以便对熏蒸灭菌进行更有效的控制,对于指导动物实验的安全进行有重要意义.     

炼油装置有害气体泄漏区域风险等级划分

以典型场景为代表开展的气体泄漏扩散模拟研究未能体现炼油装置的真实泄漏风险。提出一种基于泄漏场景集的炼油装置有害气体泄漏区域风险等级划分方法。融合泄漏源和风场等重要随机因素生成泄漏场景集,定量预测场景发生概率,采用计算流体力学方法(CFD)预测气体泄漏扩散体积分数场。基于场景概率和泄漏后果,得到各场景有害气体泄漏区域风险矩阵。结果表明:构建的有害气体泄漏场景集能够定量预测场景发生概率;建立的炼油装置有害气体泄漏精细CFD模型能够预测有害气体泄漏场景后果;表征各场景有害气体泄漏区域风险的区域风险矩阵可以划分符合真实情况的炼油装置有害气体泄漏区域风险等级。     

驱动力对瓦斯气体水合物成核诱导时间的影响

为探寻多组分瓦斯混合气体水合物成核分布规律,依据Sloan水合物相平衡软件计算驱动力,运用可视化实验装置开展不同驱动对多组分瓦斯混合气体水合物成核诱导时间的影响。当多组分瓦斯混合气体G,和G,分别在20、18和16℃的温度时,测定瓦斯水合物的成核诱导时间。结果表明：多组分瓦斯混合气水合物生成的诱导时间随反应体系驱动力的增大而缩短,且呈指数趋势减小;多组分瓦斯混合气中重烃的含量会影响水合物的含气量,且在相同的实验条件下混合气中的重烃含量越高,水合物的含气量越高;多组分瓦斯混合气水合物诱导时间还受到气体组分浓度的影响,其中重烃的浓度越高,水合物生成的诱导时间就越短。驱动力的变化对重烃含量较高的混合气水合物生成诱导时间影响较小。     

六安市城市生活垃圾预测研究

准确预测生活垃圾产量可以为垃圾管理工作提供定量依据。利用多项式拟和、多元线性回归和灰色GM(1,1)模型相结合的方法对2007~2013年六安市城市生活垃圾年产量进行了预测。结果显示:预测时段内生活垃圾年增长率5%~6%,2013年将达到17.9万吨。     

煤流化床加压富氧燃烧过程的动态特性

为全面深入地了解流化床加压富氧燃烧过程动态特性,建立了流化床加压富氧燃烧过程动态模型,充分考虑了燃烧气氛和燃烧压力改变对炉内燃烧以及烟气组成的影响.基于该模型分别研究了送风氧浓度、燃烧压力以及燃煤量改变时,炉内床温和烟气中各组分体积分数的动态响应,并对其在不同氧浓度和燃烧压力下的响应特性进行研究.研究结果表明,氧浓度、燃烧压力以及燃料量阶跃增加10%会引起炉内床温升高,其中密相区响应速度更快;同时,烟气中各组分体积分数在不同参数扰动下响应各异,主要受到此时炉内燃烧状况以及对应的风量、燃料量改变的影响.此外,床温和烟气中CO_2体积分数在压力以及氧浓度突然增加时的动态响应分别在高氧浓度、高燃烧压力下更明显,响应速度更快.整个变化过程中,烟气中CO_2体积分数为90%左右,烟气中O_2体积分数在8%以下.研究所得相关动态响应规律可对后续控制系统设计及优化提供参考与依据.     

铁路垃圾衍生燃料燃烧特性分析

大量增加的铁路固体垃圾已成为日益严重的环境问题,将铁路固体垃圾中的可燃组分经过筛选、干燥、加压成型等工艺制成高热值的复合垃圾衍生燃料(C-RDF),在解决环境问题的同时也解决能源问题.本论文主要是对铁路固体垃圾制备成的C-RDF,在高温管式炉内进行燃烧特性研究.实验结果表明:①垃圾比例增加,燃烧过程中CO和NOx浓度增大;SO2浓度降低.②氧的扩散是控制反应的关键环节,氧浓度较大时,有利于降低污染物排放浓度.③采用无烟煤制备C-RDF时,应控制煤掺量,防止形成结焦.     

CO2地下处置与煤层气开采的数值模拟

采用Crank-nisholson差分格式与Richtmyer方法,对单井注入CO2与CH4二组分气体的扩散渗流物理模型进行离散化处理,从而把对非线性微分方程组的求解转化为对线性方程组的求解.基于Matlab语言编制数值计算程序,同时依据永安、双柳和寺河三矿煤层的实际参数进行模拟计算,得到了注气过程中各组分气体分压和基质内组分浓度的变化规律.数值模拟计算表明,向煤层中注入CO2不仅可以驱替、置换煤层气,提高煤层气的回收率,而且煤层对CO2有一定的储存能力.     

基于CFD的高含硫天然气井井喷失控射流数值模拟研究

利用计算流体动力学方法研究高含硫天然气井井喷失控喷射流场,建立井喷射流场数值计算模型,研究单一组分气体射流与多种不同气体组分情况下流场特征。结果表明:多组分气体射流扩散性要比单一组分更强,且各组分气体在空气中扩散很快,在距离井口垂直高度10 m的范围内,硫化氢质量百分比从20%衰减到5%以下,甲烷质量百分比从80%衰减到20%以下,甲烷在射流方向上的衰减速率要高于硫化氢。     

城市生活垃圾中氯含量及氯种类的分析方法

采用元素分析仪、水洗萃取以及氧弹量热仪联合离子色谱法测定柏林生活垃圾中典型组分的氯含量及氯种类,预测天津城市生活垃圾中的氯含量和氯分布.研究结果表明:萃取法可以区分垃圾组分中的有机氯和无机氯,在检测有机垃圾时,与其他方法相比可测得更高的氯含量;元素分析仪能区分垃圾组分中的可燃氯与不可燃氯,除有机垃圾外测定氯含量较高;氧弹量热仪联合离子色谱法用于测定组分中总氯含量,获得的平均氯含量比另两种方法低15%～25%.垃圾中典型组分的氯含量变化范围很大,从废木的0.1%(干基,质量分数)到PVC的6.0%(干基,质量分数).对于低氯含量的组分(<0.3%,干基,质量分数),各种分析方法的系统差别可以忽略,但这种差别随氯含量的增加而增大.