煤焦孔隙特征对挥发性有机物吸附特性影响的分子模拟研究

为了减轻挥发性有机物(VOCs)对生态环境和人体健康的危害，针对煤焦吸附VOCs过程进行了分子模拟，研究煤焦微观理化结构特性尤其是孔隙结构对VOCs吸附特性的影响规律。基于煤焦分子建模与分子反应动力学模拟，构建了具有不同孔隙特征的煤焦分子模型，通过蒙特卡罗方法模拟VOCs在两种孔结构煤焦中的吸附特性与反应过程。所构建的煤焦微孔模型中仅有微孔，而中微孔模型在微孔基础上耦合了中孔结构。模拟结果表明：微孔是影响小分子VOCs吸附稳定性和吸附量的主要因素，中孔的加入不会显著增加吸附量，有时反而会使VOCs吸附性能略微降低。不同吸附质间影响吸附的主要因素为分子量与极性，分子量越大，极性越小，在煤焦中的吸附效果越好。研究结果对重构优化煤焦微观孔隙结构，提高VOCs吸附性能具有参考价值。     

基于CT图像及孔隙网格的岩芯孔渗参数研究

岩石孔隙结构特征是影响储层流体(油、气、水)的储集能力和油气资源开采的主要因素。明确岩石的孔隙结构特征是充分发挥油气产能和提高油气采收率的关键。岩石微观孔隙结构模型重建基于真实岩石微观图像,可以有效再现天然岩石的复杂孔隙结构特征。基于岩芯三维CT图像与图像分割技术,采用Matlab编程求解了岩芯的孔隙度及孔径分布数据。通过编程构建了能够真实反映原始岩样孔隙形态的结构化网格模型,并基于该模型求解了岩样的渗透率数据。计算得到的孔隙度及渗透率数据均与实验结果较好吻合。     

基于扫描电镜的页岩微观孔隙结构定量表征

根据二维高分辨率扫描电镜(2D-SEM)图像孔隙灰度阈值提取页岩孔隙分布,采用分形理论计算孔隙形态和孔径分布分形维数,在此基础上分析孔径分布模型、步长及分辨率对页岩2D-SEM孔径分布影响,并与高压压汞(MICP)和低温氮气吸附-解吸(LNA/D)孔径分布对比。结果表明:2D-SEM孔隙提取结果能够定量表征页岩孔隙结构复杂性,孔隙形态分形维数越高,孔隙越复杂,孔径分布分形维数越高,孔径分布越复杂,微孔所占比例越高;连续型孔径分布模型能够准确表征页岩孔径分布,以1/2平均孔喉半径为步长提取的2D-SEM与MICP和LNA/D孔径分布吻合最好;2D-SEM孔径分布受分辨率和页岩非均质性双重影响,应选择代表页岩孔隙结构的高分辨率区域,或采用多张高分辨率SEM拼接图像提取孔径分布;2D-SEM图像能够精确定量表征页岩孔隙结构特征,为取心及制样困难的页岩孔隙结构研究提供了新方法。     

红黏土三维孔隙结构建模与渗透性能分析

为探讨土的微观孔隙网络和渗流,通过高斯随机场二相化理论来表征孔隙介质基质与孔隙的方法,构建了满足真实土体孔隙率和孔径分布,且具有随机形态的三维孔隙模型。基于所建模型,采用数学形态学图像分析方法,提取与渗流有关的参数,并采用Kozeny-Carman方程计算了模型的渗透率。结果表明：与实验数据相比结果相近,验证了该方法的可行性。研究结果为孔隙介质微观建模与渗流分析提供了一种新的思路与方法。     

基于HYPERMESH复杂地质体的FLAC3D实体建模

FLAC3D采用显式有限差分法求解微分方程,在土木工程领域数值分析中具有明显的优越性,但FLAC3D在复杂三维地质模型建立方面存在不足．结合AUTOCAD和HYPERMESH软件构建复杂地质模型,充分利用HYPERMESH在划分网格、提高网格质量和连续性检查等优点进行前处理．采用FORTRAN语言编写的HYPERMESH—TO—FLAC3D接口程序把建立的复杂模型导入至FLAC3D进行分析计算,从而实现用FI。AC3D解决问题时快速精准的建模目的．通过乌东德水电站地下洞室群三维建模实例检验了该方法的可行性和有效性,结果表明：基于HY—PERMESH软件建立复杂三维地质模型,并将其导入FLAC3D,结果令人满意,提高了建模效率,说明该方法在FLAC3D复杂模型建立方面具有一定的参考实用价值．     

以ANSYS为平台的复杂模型到FLAC3D导入技术

为了克服使用FLAC3D软件难以建立复杂的模型,而且容易出错的缺点,提出了一种快速建模方法,该方法用ANSYS建立复杂的有限元模型、分配材料属性、划分网格,然后采用Visual C 语言编写的ANSYS _TO_FLAC3D接口程序把复杂模型导入FLAC3D,从而实现在FLAC3D里建立复杂模型的目的.此外,通过两个具体实例的三维建模导入检验了该方法的有效性和可行性.结果表明:以ANSYS为平台的复杂模型到FLAC3D导入的结果另人满意,该方法在FLAC3D的复杂模型建立方面具有一定的参考价值.     

煤与页岩低温氮吸附孔隙结构特征与分形特征对比——以阳泉地区山西组15#煤与页岩为例

以山西组高煤级煤与页岩样品为例,通过低温氮气吸附实验研究了样品的孔隙结构特征,并基于FHH分形模型计算了样品的分维值,对页岩与煤层的孔隙分形特征进行了对比研究。结果表明:页岩样品以微孔为主,同时含有一定量的过渡孔,主要的储集空间由微孔和过渡孔提供。高煤级煤样品以过渡孔为主,主要的储集空间由过渡孔提供。在测试孔径范围内,页岩样品的比表面积远大于高煤级煤。页岩的孔隙形态上以四周开放的平行板孔和裂缝型孔为主,具有部分细颈瓶孔,高煤级煤的孔隙形态以封闭型孔为主,反映页岩储层微观渗流能力更强,可能是页岩中游离气比例高于煤层的原因之一。页岩与高煤级煤均具有显著的分形特征,页岩样品分维值高于高煤级煤,说明页岩孔隙的空间结构比高煤级煤更为复杂,非均质性更强;同时二者均具有双重分形特征,页岩渗流孔分维值低于吸附孔,反映页岩吸附孔孔隙结构更为复杂。与页岩相比,高煤级煤渗流孔和吸附孔的分维值均小于页岩,孔径分布集中于过渡孔,有利于煤层气快速到达产气高峰;而页岩孔径分布则集中于微孔和过渡孔,吸附气含量更高,并且过渡孔的孔隙结构以平行板孔为主,孔隙结构特征较微孔简单。     

基于SQL Server平台复杂地质体FLAC3D模型的构建

由于FLAC3D软件建立复杂三维地质体模型难度大、易出错,提出一种新的建模方法,即提取三维地质体建模数据并进行编辑成相应的表,把表导入SQL Server软件中,通过SQL查询语言生成FLAC3D可直接读取模型数据文件,从而实现在FLAC3D软件中准确、快速和自动化建立复杂三维地质模型的目的.通过云南某矿山的三维建模实例检验了该方法的可行性和高效性.结果表明:该方法在FLAC3D中建立复杂地质体模型具有一定的参考价值.     

加压热解对煤焦理化结构特性的影响

为了解煤热解过程中压力对煤焦物化结构的影响规律,采用表面积及孔径分析仪、环境扫描电镜、元素分析仪以及傅里叶红外光谱分析仪与加压热重分析仪相结合的方法研究了不同热解压力(0.1MPa,0.8MPa,1.5MPa,3.0MPa和5.0MPa)下神府煤热解煤焦的物理表面孔隙特性以及煤焦的元素组成、大分子结构以及红外有机官能团的变化特性等微观化学结构.研究发现:随着压力的增大,煤焦的孔隙结构先增后减,压力为0.8MPa时最好,压力对孔隙结构的影响主要表现在孔径为20nm左右的中孔的发展.同时,热解压力对煤焦的化学结构也有明显影响,加压有利于含氧官能团的裂解,加快碳骨架的生长,大分子结构增多,石墨化程度也逐渐加强.这对煤加压气化的了解有着重要的作用.     

地理信息系统支持下的人口时空分布模型

针对当前人口时空分布模型方法单一、操作复杂,提出了利用地理信息系统技术重新构建人口时空分布模型的新思路。对该模型进行了具体建模和编程实现,并将该模型集成到人口信息管理系统中。最后,利用该系统对江西省人口时空分布进行了应用实践。结果表明:该模型能够有效地用于人口时空分布分析,具有广泛的应用推广价值。