Un modelo matemático acoplado térmico-hidro-mecánico-químico para la gasificación subterránea del carbón con fracturas aleatorias
Autores: Zhang, Zhizhen; Yang, Xiao; Shang, Xiaoji; Yang, Huai
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un modelo matemático acoplado térmico-hidro-mecánico-químico para la gasificación subterránea del carbón con fracturas aleatorias
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Proceso de desarrollo
Gasificación subterránea del carbón
Acoplamiento de campos multifísicos
Modelo matemático
Distribución de temperatura
Componentes de gas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
En este documento, para comprender el proceso de desarrollo y los factores influyentes de la gasificación subterránea del carbón, tomando el área de gasificación subterránea bidimensional del plano como objeto de simulación, se analizan las características del proceso de acoplamiento de campo físico múltiple de transferencia de masa de exudado y reacción de gasificación de combustión en el proceso de gasificación subterránea de capas de carbón horizontales, y se establece un modelo matemático bidimensional de acoplamiento térmico-hidrológico-mecánico-químico de un medio poroso. Se estudió la distribución de temperatura de la roca de carbón desde el punto de gasificación, la distribución de la presión de vapor de agua y gas, y la distribución del contorno de temperatura de rocas de carbón fracturadas de diferentes densidades de heterogeneidad, y la influencia de diferentes relaciones de agua-oxígeno y diferentes rocas de carbón fracturadas en los componentes gaseosos generados por la reacción de gasificación. Los resultados muestran que el daño por tracción causado por la expansión del volumen de tracción de la zona de gasificación subterránea de carbón, el daño por cizallamiento causado por la compresión del volumen de tracción compresiva del borde, y la disminución de la velocidad de conducción de temperatura con el aumento de la fractura de la roca de carbón, pero en la roca de carbón heterogénea, a mayor densidad de fractura, mayor es la velocidad de conducción de temperatura, lo que tiene un cierto impacto en la reacción de combustión de gasificación. La proporción de CO, H y CO en el caso de simular que la relación agua-oxígeno es 1:2, 1:1 y 2:1 es 1:0,85:0,73, 1:1,1:0,97 y 1:1,76:1,33, respectivamente. Con una relación agua-oxígeno de 2:1, la proporción de concentración es la más ideal, y los principales gases, CO, CO y H, son 32%, 21% y 37%. Además, la velocidad de reacción aumenta con el aumento de la densidad de fracturas. La concentración de componentes gaseosos simulada en este documento tiene una buena consistencia con los resultados de los datos experimentales anteriores, lo que tiene una importancia orientadora importante para el proyecto de gasificación subterránea del carbón.
Descripción
En este documento, para comprender el proceso de desarrollo y los factores influyentes de la gasificación subterránea del carbón, tomando el área de gasificación subterránea bidimensional del plano como objeto de simulación, se analizan las características del proceso de acoplamiento de campo físico múltiple de transferencia de masa de exudado y reacción de gasificación de combustión en el proceso de gasificación subterránea de capas de carbón horizontales, y se establece un modelo matemático bidimensional de acoplamiento térmico-hidrológico-mecánico-químico de un medio poroso. Se estudió la distribución de temperatura de la roca de carbón desde el punto de gasificación, la distribución de la presión de vapor de agua y gas, y la distribución del contorno de temperatura de rocas de carbón fracturadas de diferentes densidades de heterogeneidad, y la influencia de diferentes relaciones de agua-oxígeno y diferentes rocas de carbón fracturadas en los componentes gaseosos generados por la reacción de gasificación. Los resultados muestran que el daño por tracción causado por la expansión del volumen de tracción de la zona de gasificación subterránea de carbón, el daño por cizallamiento causado por la compresión del volumen de tracción compresiva del borde, y la disminución de la velocidad de conducción de temperatura con el aumento de la fractura de la roca de carbón, pero en la roca de carbón heterogénea, a mayor densidad de fractura, mayor es la velocidad de conducción de temperatura, lo que tiene un cierto impacto en la reacción de combustión de gasificación. La proporción de CO, H y CO en el caso de simular que la relación agua-oxígeno es 1:2, 1:1 y 2:1 es 1:0,85:0,73, 1:1,1:0,97 y 1:1,76:1,33, respectivamente. Con una relación agua-oxígeno de 2:1, la proporción de concentración es la más ideal, y los principales gases, CO, CO y H, son 32%, 21% y 37%. Además, la velocidad de reacción aumenta con el aumento de la densidad de fracturas. La concentración de componentes gaseosos simulada en este documento tiene una buena consistencia con los resultados de los datos experimentales anteriores, lo que tiene una importancia orientadora importante para el proyecto de gasificación subterránea del carbón.