煤自燃过程中对流扩散反应方程组的数值模拟

摘要

本文结合陕西省自然科学基金项目“采空区煤炭自燃耦合场的有限元求解及动态模拟”，主要结合我校XK-Ⅲ型煤自然发火实验台的实际情况，在能量与质量守衡的原则下，通过传质传热过程分析，建立了煤在低温氧化放热过程中温度与氧浓度变化的控制方程，并引入了相应的初始条件与边界条件。可以看出温度场与氧浓度场控制方程格式相同，二者通过氧化放热反应项发生耦合，组成一个二维的对流-扩散-反应偏微分方程组。针对建立的对流-扩散-反应耦合偏微分方程组，分别用交替隐式预估校验方法和特征有限差分格式进行离散和编程求解，对义马和兖州煤的自然发火过程进行了数值模拟。模拟计算得到的义马煤和兖州煤在与实验条件相同的条件下取得结果相符。从而印证了本论文中所建模型与模拟方法的正确性，可以在预测煤的自然发火过程中发挥作用。 本文的创新点有： 1、首次在耦合场中动态模拟煤自燃过程中渗流场、温度场及氧浓度场的变化规律。这比其它单场模拟更科学，更接近现场情况，取得更合理的结果。 2、本文构造了适合二维半线性耦合对流扩散反应方程组的预估校正格式。 3、本文首次把秦新强提出的新型特征有限差分法用于解决二维耦合半线性对流扩散方程组的求解。

目录

文摘

英文文摘

西安科技大学学位论文独创性说明及学位论文知识产权声明书

1绪论

2煤自然发火台数学模型的建立

3煤自燃过程耦合场偏微分方程组的求解

4模拟结果分析与讨论

5结论

致 谢

参考文献

附 录