基于CT三维重建煤骨架结构模型的渗流过程动态模拟研究

P618.11; 为了探究煤体微观结构中的渗流变化情况,以新疆大黄山气煤为研究对象,运用CT扫描和三维重建技术建立了含有孔裂隙的三维煤体骨架结构模型.在此基础上构建了一种能够反映动态渗流过程的流固耦合模型,并结合内置Navier-Stokes控制方程的ALE算法进行了渗流模拟.结果表明:渗流过程中,孔裂隙中每个点的流速都会存在一个速度峰值和稳定流速值;相较于裂隙结构,孔隙结构较差的连通性增大了其在模型前端的流体动能损耗,减缓了后续孔隙中流体的流动.初始流速影响了入水口处流速及流体密度的变化趋势,也改变了裂隙中速度峰值的变化规律,当初始流速值低于0.03 mm/s时,裂隙中速度峰值沿渗流方向呈现...

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Published in煤炭学报 Vol. 43; no. 5; pp. 1390 - 1399
Main Authors 王刚, 江成浩, 刘世民, 褚翔宇, 沈俊男
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590%山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛,266590%宾夕法尼亚州立大学地球与矿物科学学院,宾夕法尼亚州16802 01.05.2018
山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590
Subjects
CT
流固耦合模拟
孔裂隙结构
fluid-solid coupling simulation
渗流
pore fracture structure
seepage
三维重建
three-dimensional reconstruction
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.2017.1199

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Summary:P618.11; 为了探究煤体微观结构中的渗流变化情况,以新疆大黄山气煤为研究对象,运用CT扫描和三维重建技术建立了含有孔裂隙的三维煤体骨架结构模型.在此基础上构建了一种能够反映动态渗流过程的流固耦合模型,并结合内置Navier-Stokes控制方程的ALE算法进行了渗流模拟.结果表明:渗流过程中,孔裂隙中每个点的流速都会存在一个速度峰值和稳定流速值;相较于裂隙结构,孔隙结构较差的连通性增大了其在模型前端的流体动能损耗,减缓了后续孔隙中流体的流动.初始流速影响了入水口处流速及流体密度的变化趋势,也改变了裂隙中速度峰值的变化规律,当初始流速值低于0.03 mm/s时,裂隙中速度峰值沿渗流方向呈现出“先增大后减小”的变化趋势,而当初始流速值大于0.03 mm/s时,速度峰值则沿着渗流方向逐渐减小.在低压力梯度条件下,孔裂隙的速度峰值与压力梯度之间存在非线性变化关系,而稳定流速值则随压力梯度的变化线性增大.研究成果为后续相关渗流影响因素的研究提供了一种新的思路.
ISSN:0253-9993
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2017.1199