考虑吸附变形的煤层气流固热耦合数学模型及数值模拟

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• 作者：张丽萍
• 会议时间：2011-04-28
• 关键词：煤层气 ; 吸附变形效应 ; 瓦斯流动 ; 孔隙压力 ; 渗透率 ; 流固热耦合控制
• 作者单位：中国矿业大学力建学院 江苏徐州221008;中国矿业大学理学院 江苏徐州221008
• 母体文献：第十一届全国渗流力学学术大会论文集
• 会议名称：第十一届全国渗流力学学术大会
• 会议地点：重庆
• 主办单位：中国力学学会
• 语种：chi

摘要

煤中煤层气大多以吸附的形式存在,大量试验表明吸附导致了煤体体积的膨胀,解吸时体积会减小.首先在考虑到煤体吸附变形的基础上给出动态渗透率方程,然后根据多孔介质弹性力学原理并考虑到吸附应变建立煤层气运移过程中煤体变形的控制方程;根据气体的质量平衡方程,气体流动的Darcy定律,以及包含气体吸附和温度效应的孔隙率与渗透率模型建立煤层气在煤体中渗流扩散的控制方程;根据多孔介质热弹力学建立煤体温度变化的热传导控制方程,从而得到煤层气流固热耦合控制方程. 最后,利用COMSOL Muhiphysics软件对煤层气流固热耦合控制方程进行数值模拟计算,并与未考虑吸附变形的流固热耦合模型的模拟结果进行比较分析.研究表明,吸附变形会影响煤层气孔隙压力与渗透率规律,因此在研究煤层气流固热耦合中应考虑煤吸附变形效应.