煤體瓦斯熱力學(xué)

目錄
前言
第一章 煤體瓦斯熱力學(xué)引論 1
1.1 煤體瓦斯熱力學(xué)的基本概念 1
1.2 煤體瓦斯熱力學(xué)研究構(gòu)架 2
參考文獻(xiàn) 5
上篇 煤體與甲烷的熱物理作用
第二章 甲烷分子間的相互作用及凝聚現(xiàn)象 9
2.1 分子間的相互作用 9
2.1.1 甲烷的分子結(jié)構(gòu)特征 9
2.1.2 分子間作用力 9
2.1.3 幾種常用的勢(shì)能模型 11
2.1.4 系綜理論 16
2.2 氣-液凝聚現(xiàn)象 19
2.2.1 范德瓦耳斯方程對(duì)理想氣體方程的修正 20
2.2.2 范德瓦耳斯方程的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋 22
2.2.3 其他狀態(tài)方程 26
2.2.4 等溫線 26
2.2.5 臨界現(xiàn)象 29
2.3 凝聚熱理論計(jì)算 31
2.3.1 克勞修斯-克拉珀龍方程 31
2.3.2 范德瓦耳斯方程常數(shù)得到的凝聚熱 32
參考文獻(xiàn) 33
第三章 煤與甲烷的吸附現(xiàn)象及吸附熱 36
3.1 煤體的基本特性 36
3.1.1 煤的分子結(jié)構(gòu)特征 36
3.1.2 煤體的孔隙與裂隙結(jié)構(gòu)特征 37
3.1.3 煤體表面特征 44
3.2 固-氣吸附現(xiàn)象 46
3.2.1 朗繆爾方程——單分子層吸附 47
3.2.2 BET方程—多分子層吸附 56
3.2.3 吸附等溫線 58
3.2.4 固-氣吸附的影響因素 62
3.3 吸附熱理論 63
3.3.1 等量吸附熱 64
3.3.2 吸附勢(shì)理論 65
3.3.3 兩能態(tài)簡(jiǎn)化模型 67
3.3.4 朗繆爾單分子層統(tǒng)計(jì)力學(xué)模型 70
3.3.5 模型之間的聯(lián)系和區(qū)別 73
3.3.6 化學(xué)勢(shì)對(duì)吸附熱的影響 76
參考文獻(xiàn) 77
第四章 煤的非均勻勢(shì)阱吸附甲烷規(guī)律 79
4.1 煤的非均勻勢(shì)阱吸附甲烷理論模型 79
4.2 煤的非均勻勢(shì)阱吸附甲烷特征實(shí)驗(yàn)研究 81
4.2.1 非均勻勢(shì)阱煤體吸附甲烷規(guī)律 82
4.2.2 溫度與吸附壓力對(duì)煤與甲烷吸附熱的影響 83
4.3 基于吸附動(dòng)力學(xué)的煤非均勻勢(shì)阱吸附甲烷特征數(shù)值模擬 86
4.3.1 煤與甲烷模型建立與吸附過程數(shù)值模擬 86
4.3.2 非均勻勢(shì)阱的等溫吸附特征 88
4.3.3 非均勻勢(shì)阱的等壓吸附特征 90
4.3.4 覆蓋率對(duì)壓力與溫度的敏感性 92
4.3.5 煤與甲烷非均勻勢(shì)阱等溫吸附方程 93
4.4 非均勻勢(shì)阱煤體的甲烷吸附量計(jì)算方法 95
4.4.1 非均勻勢(shì)阱煤體的等溫甲烷吸附過程中朗繆爾參數(shù)a與b的變化規(guī)律 95
4.4.2 朗繆爾方法與非均勻勢(shì)阱煤體的甲烷吸附量計(jì)算精度 98
4.5 甲烷分子在孔喉空間的通過性 102
4.5.1 甲烷在孔喉空間的勢(shì)能 103
4.5.2 含微孔孔喉的阻塞孔特性 107
4.5.3 甲烷分子在微孔孔喉通過性的影響因素 108
4.6 微孔孔喉對(duì)甲烷吸附/解吸動(dòng)力學(xué)特性的影響 110
4.6.1 含孔喉結(jié)構(gòu)微孔解吸甲烷的數(shù)值模型 110
4.6.2 微孔孔喉對(duì)甲烷解吸動(dòng)力學(xué)特性的影響 111
4.6.3 微孔孔喉對(duì)甲烷解吸滯后特征的影響 114
參考文獻(xiàn) 115
第五章 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)吸附甲烷特征 117
5.1 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的觀測(cè)研究 117
5.1.1 材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)及其研究方法 117
5.1.2 煤樣制備與SEM-EDS測(cè)試 119
5.1.3 煤樣CT與表面層提取方法 120
5.2 煤巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征與分類 122
5.2.1 煤巖SEM-EDS特征及其分類 122
5.2.2 基于EDS面掃描的煤細(xì)觀結(jié)構(gòu)定量化描述 126
5.2.3 基于CT掃描煤巖密度分布特征 132
5.3 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)吸附/解吸甲烷溫度變化規(guī)律 132
5.3.1 煤吸附/解吸甲烷紅外熱成像實(shí)驗(yàn)研究 132
5.3.2 煤吸附/解吸甲烷溫度變化的非均勻特征 134
5.3.3 煤不同細(xì)觀結(jié)構(gòu)溫度變化特征 138
5.4 甲烷在煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的分布與演化 142
5.4.1 煤中不同細(xì)觀結(jié)構(gòu)的非均勻勢(shì)阱分布特征 142
5.4.2 煤中甲烷分布特征隨吸附壓力變化規(guī)律 144
5.4.3 煤中甲烷富集區(qū)域分布的分形特征 147
參考文獻(xiàn) 150
下篇 熱與水作用下煤體中甲烷運(yùn)移
第六章 高溫條件下煤吸附/解吸甲烷特性實(shí)驗(yàn) 153
6.1 高溫吸附/解吸的實(shí)驗(yàn) 153
6.1.1 高溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置 153
6.1.2 試樣的選取和加工 155
6.1.3 高溫吸附/解吸實(shí)驗(yàn) 155
6.2 煤體高溫吸附/解吸甲烷的特征 157
6.2.1 定壓、定容解吸特性分析 157
6.2.2 溫度、壓力共同作用的煤體解吸甲烷機(jī)制 162
6.2.3 定容、定壓吸附特性分析 164
6.2.4 等溫吸附特性分析 166
6.3 結(jié)合吸附理論對(duì)結(jié)果的綜合分析討論 168
6.3.1 吸附模型的確定 168
6.3.2 吸附參數(shù)a、b的分析和討論 169
6.3.3 溫度單一因素對(duì)吸附參數(shù)a、b的影響 170
參考文獻(xiàn) 170
第七章 水作用下高溫煤體解吸甲烷的特性 172
7.1 水作用下高溫吸附/解吸實(shí)驗(yàn) 172
7.1.1 含水煤高溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置 172
7.1.2 含水煤高溫吸附實(shí)驗(yàn)介紹 175
7.2 水作用下高溫解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果 175
7.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的定義 175
7.2.2 瓦斯解吸率隨溫度的變化規(guī)律 176
7.2.3 試樣累計(jì)解吸率隨溫度的變化 179
7.3 水作用下甲烷高溫解吸特性 179
7.3.1 溫度對(duì)煤體解吸性的影響及規(guī)律 179
7.3.2 多種煤層氣開采方案的效率對(duì)比 181
7.4 含水煤體定容吸附實(shí)驗(yàn) 182
7.4.1 實(shí)驗(yàn)樣品、裝置及實(shí)驗(yàn)過程 182
7.4.2 吸附速率和吸附能力分析 183
7.4.3 預(yù)先水作用的煤體吸附性討論 187
7.4.4 煤體預(yù)先含水吸附的微觀機(jī)制研究 188
參考文獻(xiàn) 190
第八章 煤層氣氣液兩相流動(dòng)界面模型及滲流 191
8.1 氣液兩相流動(dòng)界面理論 191
8.2 氣液兩相流動(dòng)界面模型 194
8.2.1 不計(jì)壓縮性兩相驅(qū)替界面模型 194
8.2.2 壓縮性兩相驅(qū)替界面模型 196
8.2.3 擬壓力函數(shù)方程驅(qū)替界面模型 200
8.3 氣液兩相流動(dòng)界面模型驗(yàn)證 203
8.3.1 非穩(wěn)態(tài)氣水兩相流實(shí)驗(yàn) 203
8.3.2 不計(jì)壓縮性兩相驅(qū)替界面模型數(shù)值模擬 207
8.3.3 壓縮性兩相驅(qū)替界面模型數(shù)值模擬 211
8.3.4 擬壓力函數(shù)方程驅(qū)替界面模型數(shù)值模擬 215
參考文獻(xiàn) 220
第九章 溫度應(yīng)力作用下煤體氣液兩相流動(dòng) 221
9.1 溫度控制下氣液兩相流實(shí)驗(yàn) 221
9.1.1 氣液兩相流實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試件 221
9.1.2 氣液兩相流實(shí)驗(yàn)方案與步驟 222
9.2 溫度對(duì)氣液兩相滲流過程的影響 223
9.2.1 溫度對(duì)產(chǎn)液階段的影響 223
9.2.2 溫度對(duì)氣液兩相滲流各階段的影響 224
9.3 溫度作用下氣液兩相流體滲流規(guī)律 228
9.3.1 溫度對(duì)單相流體滲流影響 228
9.3.2 溫度對(duì)氣液兩相相對(duì)滲透率的影響 232
9.4 溫度及應(yīng)力作用下氣液兩相流變化規(guī)律 234
9.5 氣液兩相產(chǎn)出過程溫度敏感性分析 235
參考文獻(xiàn) 237
CONTENTS
Preface
Chapter 1 Introduction 1
1.1 The Concept of Thermodynamics of Gas in Coal 1
1.2 The Research Content and Method of Thermodynamics of Gas in Coal 2
Reference 5
Section Ⅰ：Thermophysical Interaction between Coal and Methane
Chapter 2 Interactions and Condensation in Methane Molecules 9
2.1 Intermolecular Interaction 9
2.1.1 The Molecular Structure of Methane 9
2.1.2 Intermolecular Force 9
2.1.3 Several Commonly Used Potential Energy Models 11
2.1.4 The Theory of Statistical Ensemble 16
2.2 The Phenomenon of Gas-Liquid Condensation 19
2.2.1 The Modification of van der Waals Equation to the Ideal Gas Equation 20
2.2.2 Explain with the Statistical Mechanics of van der Waals Equation 22
2.2.3 The Others State Equations 26
2.2.4 Isotherm 26
2.2.5 Critical Phenomenon 29
2.3 The Theoretical Calculation of Condensation Heat 31
2.3.1 The Equation of Benoit Pierre Emile Clapeyron 31
2.3.2 Condensation Heat form van der Waals Equation 32
Reference 33
Chapter 3 The Adsorption’s Phenomenon and Heat in Coal and Methane 36
3.1 The Characteristics of Coal 36
3.1.1 Molecular Structure of Coal 36
3.1.2 Structural Characteristics of Coal Pores and Fractures 37
3.1.3 The Surface’s Features of Coal 44
3.2 The Phenomenon of Adsorption in Solid-Gas 46
3.2.1 Langmuir Equation-Monolayer Adsorption 47
3.2.2 BET Equation-Multilayer Adsorption 56
3.2.3 The Isotherm of Adsorption 58
3.2.4 Factors of Affecting Adsorption in Solid-Gas 62
3.3 The Theory of Adsorption Heat 63
3.3.1 Heat of Equal Adso