【摘要】：實驗室開展瓦斯擴散、滲流實驗前需要進行甲烷吸附,由于設備精度限制,多存在吸附時長選取的隨意性和主觀性,高甲烷吸附飽和度是準確獲取擴散、滲流實驗特征參數(shù)的重要保證,而不同粒徑-初始邊界壓力條件下顆粒煤達到不同吸附飽和度所需時間存在較大差異。因此掌握實驗室常用粒徑-壓力條件下吸附時間與吸附飽和度關系,對于高效、準確掌握不同條件下甲烷吸附時間具有重要意義。為獲取實驗室常用粒徑-壓力條件下吸附時間與吸附飽和度數(shù)學模型,開展了下列工作:(1)不同粒徑-初始平衡壓力顆粒煤瓦斯擴散實驗;(2)利用MATLAB軟件擬合計算甲烷質量濃度在顆粒煤由邊界至內部球心分布規(guī)律;(3)考察LangmuirEXT1、LangmuirEXT2、FreundlichEXT、BET 4種吸附模型,及ExpGro1指數(shù)模型對吸附時間-吸附飽和度數(shù)據擬合情況,優(yōu)選模型并獲取特征值參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn):(1)經典擴散模型對前10 min各實驗條件下擴散率數(shù)據擬合效果最好,30 min后擬合精度隨著顆粒煤粒徑減小誤差擴大;擴散系數(shù)D值隨著實驗時間的延長而減小;同粒徑擴散系數(shù)D值隨著初始吸附平衡壓力的增大呈現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律,拐點均為3.0 MPa。(2)球心處甲烷質量濃度均隨著邊界甲烷壓力的增大呈遞增趨勢,粒徑越小,增長趨勢越顯著;同邊界甲烷壓力條件下,球心處甲烷質量濃度均隨著粒徑的增大呈遞減趨勢;大粒徑顆粒煤24 h吸附飽和度在4.0 MPa條件下最大僅有30.60%,對于大粒徑顆粒煤,需根據所需吸附飽和度延長吸附時間。(3)同粒徑顆粒煤,隨著邊界壓力的增大,達到同一吸附飽和度所需時間呈遞增趨勢;吸附飽和度精度越高,隨著吸附平衡壓力增大,所需時間越長;非必需高精度實驗,建議按吸附飽和度達0.9開展實驗即可;LangmuirEXT2模型對顆粒煤吸附時間與吸附飽和度關系擬合效果最好,BET模型擬合效果最差;LangmuirEXT2模型對各邊界壓力-粒徑條件下的數(shù)據均擬合較好,Adj.R-Square值均在0.96409以上,用LangmuirEXT2模型來描述吸附時間與吸附飽和度關系具有可行性;吸附時間與吸附飽和度關系可根據LangmuirEXT2模型及文中測試的不同條件下模型特征值參數(shù)來綜合確定,可結合所開展實驗吸附飽和度要求,制定合理吸附時間,為合理選取吸附時長提供依據。
【圖文】：

圖 1-1 實驗系統(tǒng)原理圖Fig.1-1 Schematic diagram of experimental system2 22 2 2106 11 exptnQ n DQ n rππ∞=∞ = Σ （：tQ ——累計擴散量，cm3/g；Q∞——極限可解吸量，cm3/g；0r ——煤粒半徑，cm；D——甲烷在煤中的擴散系數(shù)（經典擴散模型），，cm2/s；t——時間，s。（2）顆粒煤不同吸附時間質量濃度分布規(guī)律考察根據多孔介質 Fick 擴散定律，依據質量守恒定律推導出瓦斯在顆粒煤性出擴散方程式，基于較成熟的擴散理論及擴散系數(shù)計算模型，采用型擬合精度較高的擴散系數(shù)作為基礎參數(shù)，設置不同粒徑-邊界質量濃

TLAB 軟件計算考察不同邊界壓力-粒徑條件下，達到不同吸附飽和度所需時，分析吸附時間隨粒徑、邊界壓力、吸附飽和度的變化關系；利用 origin 軟件，察 LangmuirEXT1、LangmuirEXT2、FreundlichEXT、BET4 種吸附模型，以及pGro1 指數(shù)模型對吸附時間-吸附飽和度關系擬合情況，優(yōu)選擬合模型，計算獲優(yōu)選擬合模型在各條件下的特征值參數(shù)，為實驗室開展甲烷吸附實驗計算合理附時間提供依據。4.3 技術路線技術路線見圖 1-2：
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD712

【參考文獻】

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本文編號：2654629