微波辐射下煤体热力响应及其流-固耦合机制研究
发布时间：2021-06-29 12:57
矿井瓦斯（煤层气）不仅是一种灾害源,也是一种绿色能源,煤层气开发有利于优化国家能源结构并控制煤矿瓦斯事故。针对我国煤层“高储低渗”的瓦斯赋存特征,强化瓦斯抽采技术被广泛提出,其核心思想是通过人为扰动改变储层物性结构以达到促进瓦斯解吸或增透的目的。然而,传统的煤层水力化增透技术极易导致水锁伤害,新兴的物理化学增透措施也都存在着工艺复杂、能耗高、污染严重等局限性。本文以煤层瓦斯的微波注热增产为背景,以微波辐射实验系统为基础,借助理论分析、物理实验及数值模拟等手段深入研究了微波辐射下煤体热力响应及其流-固耦合机制,得到以下重要成果:首先,介绍了微波辐射系统并建立了微波场内煤的多相多孔介质模型,利用该模型研究了煤的微波热力响应机制。发现微波辐射煤体热效应包括介质损耗产热、水分蒸发散热、煤体内部对流换热及表面对流散热;高温下,液态水蒸发为水蒸汽并溢散到空气中,煤体温度的不均匀分布导致水分蒸发呈现异步性,从而引起高压蒸汽喷溢,继而造成煤体损伤;微波功率的提高会增大煤体升温的异步性及不均匀性,而煤体含水饱和度的增大有助于提高其升温速率。其次,利用红外光谱研究了微波对煤体分子结构的改造过程,利用扫描电...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
褐煤(a)、无烟煤(b)及烟煤(c)的分子堆叠结构
图 1-7 微波干燥过程中煤的温度曲线Fig. 1-7 The temperature curve of coal duringmicrowave drying现状孔裂隙结构，微波热效应可能会导致煤中其分子结构；水分及矿物质的脱除可能会生的热应力可能会改造其裂隙结构。微波波交互作用的基础[104]。用傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实微基团减少，脂肪烃与芳香烃比值降低，这 X 射线衍射（XRD）发现微波会促使煤时间的延长煤体对水的接触角逐渐增大，究发现微波辐射后，煤体官能团均有不基（-COOH）的剧烈分解会导致煤体亲e 分析了微波辐射下煤体元素分布及红外
证实微波干燥有利于煤体内部闭合孔的的收缩力可能会导致煤体部分孔隙坍塌在煤中添加 NaCl 溶液可以降低孔隙分 法、压汞法和扫描电镜研究了不同干燥明：相比于真空干燥与热风干燥，微波[113]；胡国忠等利用液氮吸附法和压汞特性测定实验，实验结果显示：随着微体积呈“降-升-降”的趋势，第一次下隙闭合，上升原因在于水及有机小分子的[114]；代少华利用低场核磁共振测定样总孔隙及微孔容积呈“增-减-增”的蒙褐煤孔隙结构演化规律，他们将微波：①收缩力塌孔、②射流力疏孔、③有，褐煤比表面积逐渐减小，而平均孔径了类似规律[117]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波辐射下煤体孔裂隙结构演化特性[J]. 李贺,林柏泉,洪溢都,杨威,刘统,黄展博,王瑞. 中国矿业大学学报. 2017(06)
[2]Effects of in-situ stress on the stability of a roadway excavated through a coal seam[J]. Li He,Lin Baiquan,Hong Yidu,Gao Yabin,Yang Wei,Liu Tong,Wang Rui,Huang Zhanbo. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(06)
[3]How moisture loss affects coal porosity and permeability during gas recovery in wet reservoirs?[J]. Teng Teng,Gao Feng,Ju Yang,Xue Yi. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(06)
[4]微波间断加载作用下煤中瓦斯解吸响应特征实验研究[J]. 王志军,李宁,魏建平,马小童. 中国安全生产科学技术. 2017(04)
[5]煤含硫模型化合物的介电响应特性及其对微波脱硫的影响[J]. 陶秀祥,唐龙飞,谢茂华,许宁,郭季峰,陈亮. 煤炭学报. 2017(03)
[6]不同煤体结构煤基活性炭微观结构与甲烷吸附性能[J]. 张小兵,郇璇,张航,张玉贵. 中国矿业大学学报. 2017(01)
[7]表面活性剂对煤的润湿性影响[J]. 苟尚旭,刘荣华,王鹏飞,桂哲,舒威. 矿业工程研究. 2016(04)
[8]可控源微波场强化煤体瓦斯解吸扩散的机理研究[J]. 胡国忠,朱怡然,许家林,秦伟. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[9]煤层注氮模拟实验中的置换-驱替效应及其转化机制分析[J]. 杨宏民,冯朝阳,陈立伟. 煤炭学报. 2016(09)
[10]多模谐振腔中的微波加热仿真与实验研究[J]. 冯彤,高冬平,丁海兵,张兆传. 真空电子技术. 2016(04)
博士论文
[1]褐煤微波干燥和热解提质的机理研究[D]. 周凡.浙江大学 2016
[2]基于多物理场的褐煤微波热解制气特性及机理研究[D]. 王晴东.武汉科技大学 2016
[3]基于等效基质尺度的煤体力学失稳及渗透性演化机制与应用[D]. 卢守青.中国矿业大学 2016
[4]电化学强化无烟煤瓦斯解吸渗流特性及其机理研究[D]. 郭俊庆.太原理工大学 2015
[5]煤层气储层物性动态演化及对产能的影响[D]. 蔡益栋.中国地质大学(北京) 2015
[6]煤焦微波介电性能的研究[D]. 徐樑.太原理工大学 2015
[7]可溶有机质对煤层瓦斯储运特性影响机理研究[D]. 季淮君.中国矿业大学 2015
[8]煤岩电脉冲应力波致裂增渗行为与机理[D]. 李恒乐.中国矿业大学 2015
[9]基于微波能量与介质协同作用的细粒煤磁选脱硫机理研究[D]. 张博.中国矿业大学 2015
[10]低阶煤的微观结构特征及其对瓦斯吸附解吸的控制机理研究[D]. 李子文.中国矿业大学 2015
硕士论文
[1]微波辐射对褐煤干燥及脱水煤水分复吸的影响[D]. 景凯歌.太原理工大学 2015
[2]微波辐照颗粒煤瓦斯吸附改性的实验研究[D]. 代少华.河南理工大学 2015
[3]低渗透煤层气注热开采及其渗透规律研究[D]. 李志伟.太原理工大学 2015
[4]微波场作用对煤的瓦斯吸附解吸特性影响的实验研究[D]. 黄兴.中国矿业大学 2015
[5]微波作用下煤层气解吸渗流规律的实验研究[D]. 张乐乐.辽宁工程技术大学 2015
[6]微波加热开采煤层气解吸渗流过程数值模拟研究[D]. 崔宏达.辽宁工程技术大学 2015
[7]准东煤微波热解特性的初步实验研究[D]. 赵彦博.哈尔滨工业大学 2014
[8]微波热解条件下准东煤煤焦结构变化过程及其反应性研究[D]. 方来熙.哈尔滨工业大学 2014
[9]澳洲褐煤射频干燥技术的应用研究[D]. 张宁.山东农业大学 2014
[10]水力化措施中的水锁效应及其解除方法实验研究[D]. 刘谦.中国矿业大学 2014
本文编号：3256486
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
褐煤(a)、无烟煤(b)及烟煤(c)的分子堆叠结构
图 1-7 微波干燥过程中煤的温度曲线Fig. 1-7 The temperature curve of coal duringmicrowave drying现状孔裂隙结构，微波热效应可能会导致煤中其分子结构；水分及矿物质的脱除可能会生的热应力可能会改造其裂隙结构。微波波交互作用的基础[104]。用傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实微基团减少，脂肪烃与芳香烃比值降低，这 X 射线衍射（XRD）发现微波会促使煤时间的延长煤体对水的接触角逐渐增大，究发现微波辐射后，煤体官能团均有不基（-COOH）的剧烈分解会导致煤体亲e 分析了微波辐射下煤体元素分布及红外
证实微波干燥有利于煤体内部闭合孔的的收缩力可能会导致煤体部分孔隙坍塌在煤中添加 NaCl 溶液可以降低孔隙分 法、压汞法和扫描电镜研究了不同干燥明：相比于真空干燥与热风干燥，微波[113]；胡国忠等利用液氮吸附法和压汞特性测定实验，实验结果显示：随着微体积呈“降-升-降”的趋势，第一次下隙闭合，上升原因在于水及有机小分子的[114]；代少华利用低场核磁共振测定样总孔隙及微孔容积呈“增-减-增”的蒙褐煤孔隙结构演化规律，他们将微波：①收缩力塌孔、②射流力疏孔、③有，褐煤比表面积逐渐减小，而平均孔径了类似规律[117]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波辐射下煤体孔裂隙结构演化特性[J]. 李贺,林柏泉,洪溢都,杨威,刘统,黄展博,王瑞. 中国矿业大学学报. 2017(06)
[2]Effects of in-situ stress on the stability of a roadway excavated through a coal seam[J]. Li He,Lin Baiquan,Hong Yidu,Gao Yabin,Yang Wei,Liu Tong,Wang Rui,Huang Zhanbo. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(06)
[3]How moisture loss affects coal porosity and permeability during gas recovery in wet reservoirs?[J]. Teng Teng,Gao Feng,Ju Yang,Xue Yi. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(06)
[4]微波间断加载作用下煤中瓦斯解吸响应特征实验研究[J]. 王志军,李宁,魏建平,马小童. 中国安全生产科学技术. 2017(04)
[5]煤含硫模型化合物的介电响应特性及其对微波脱硫的影响[J]. 陶秀祥,唐龙飞,谢茂华,许宁,郭季峰,陈亮. 煤炭学报. 2017(03)
[6]不同煤体结构煤基活性炭微观结构与甲烷吸附性能[J]. 张小兵,郇璇,张航,张玉贵. 中国矿业大学学报. 2017(01)
[7]表面活性剂对煤的润湿性影响[J]. 苟尚旭,刘荣华,王鹏飞,桂哲,舒威. 矿业工程研究. 2016(04)
[8]可控源微波场强化煤体瓦斯解吸扩散的机理研究[J]. 胡国忠,朱怡然,许家林,秦伟. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[9]煤层注氮模拟实验中的置换-驱替效应及其转化机制分析[J]. 杨宏民,冯朝阳,陈立伟. 煤炭学报. 2016(09)
[10]多模谐振腔中的微波加热仿真与实验研究[J]. 冯彤,高冬平,丁海兵,张兆传. 真空电子技术. 2016(04)
博士论文
[1]褐煤微波干燥和热解提质的机理研究[D]. 周凡.浙江大学 2016
[2]基于多物理场的褐煤微波热解制气特性及机理研究[D]. 王晴东.武汉科技大学 2016
[3]基于等效基质尺度的煤体力学失稳及渗透性演化机制与应用[D]. 卢守青.中国矿业大学 2016
[4]电化学强化无烟煤瓦斯解吸渗流特性及其机理研究[D]. 郭俊庆.太原理工大学 2015
[5]煤层气储层物性动态演化及对产能的影响[D]. 蔡益栋.中国地质大学(北京) 2015
[6]煤焦微波介电性能的研究[D]. 徐樑.太原理工大学 2015
[7]可溶有机质对煤层瓦斯储运特性影响机理研究[D]. 季淮君.中国矿业大学 2015
[8]煤岩电脉冲应力波致裂增渗行为与机理[D]. 李恒乐.中国矿业大学 2015
[9]基于微波能量与介质协同作用的细粒煤磁选脱硫机理研究[D]. 张博.中国矿业大学 2015
[10]低阶煤的微观结构特征及其对瓦斯吸附解吸的控制机理研究[D]. 李子文.中国矿业大学 2015
硕士论文
[1]微波辐射对褐煤干燥及脱水煤水分复吸的影响[D]. 景凯歌.太原理工大学 2015
[2]微波辐照颗粒煤瓦斯吸附改性的实验研究[D]. 代少华.河南理工大学 2015
[3]低渗透煤层气注热开采及其渗透规律研究[D]. 李志伟.太原理工大学 2015
[4]微波场作用对煤的瓦斯吸附解吸特性影响的实验研究[D]. 黄兴.中国矿业大学 2015
[5]微波作用下煤层气解吸渗流规律的实验研究[D]. 张乐乐.辽宁工程技术大学 2015
[6]微波加热开采煤层气解吸渗流过程数值模拟研究[D]. 崔宏达.辽宁工程技术大学 2015
[7]准东煤微波热解特性的初步实验研究[D]. 赵彦博.哈尔滨工业大学 2014
[8]微波热解条件下准东煤煤焦结构变化过程及其反应性研究[D]. 方来熙.哈尔滨工业大学 2014
[9]澳洲褐煤射频干燥技术的应用研究[D]. 张宁.山东农业大学 2014
[10]水力化措施中的水锁效应及其解除方法实验研究[D]. 刘谦.中国矿业大学 2014
本文编号：3256486
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