CN114166698B - 一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统 - Google Patents

一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统 Download PDF

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CN114166698B CN202210117133.1A CN202210117133A CN114166698B CN 114166698 B CN114166698 B CN 114166698B CN 202210117133 A CN202210117133 A CN 202210117133A CN 114166698 B CN114166698 B CN 114166698B
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Abstract

本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，提供了一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统。该方法包括：获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线；根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中某组分气体沿径向流动的有因次模型；根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中该组分沿径向流动的有因次模型转化为该组分气体沿径向流动的无因次模型；根据该组分沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中该组分的无因次累积吸附量；将该组分气体的无因次累积吸附量曲线转化为有因次累计吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中该组分气体的微孔道扩散系数。

Description

一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统
技术领域
本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，特别涉及一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统。
背景技术
煤炭作为一种主要的化石燃料在我国广泛使用，由于浅部煤炭资源不断减少，实际采矿过程中，其开采水平不断向深部延伸，导致瓦斯事故发生的强度及频率不断增大，不仅给国家和煤矿企业带来了巨大的损失，也给煤矿工人生命安全带来了极大的危害。
瓦斯也称为煤层气。它作为煤炭伴生资源，不但是煤矿安全生产的重大危险源，同时也是一种绿色清洁能源，科学有效的对煤层瓦斯进行抽采和利用，是消除煤矿安全生产隐患，缓解天然气供需紧缺，减少温室气体排放的关键举措。注气提高煤层气采收率是通过向不可开采煤层注入
Figure 251705DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 214851DEST_PATH_IMAGE002
或烟道气体等来提高煤层气最终采收率的方法，在经济和环境方面具有双重优势，注气提高煤层气采收率与多组分气体在煤层中的竞争吸附过程及其微孔道扩散系数密切相关。此外，煤炭生产、运输和利用过程中极易发生煤炭自燃火灾，造成严重的资源浪费和环境污染，甚至威胁到工人的生命健康。
Figure 588064DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 452114DEST_PATH_IMAGE004
凭借具有惰化、阻氧、降温、抑爆、扩散范围大以及可绕过障碍物到达隐蔽自燃区域等优点，被广泛应用于矿井火灾的防治中，掌握
Figure 532066DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 698736DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 169032DEST_PATH_IMAGE007
的竞争吸附及其在煤微孔中的扩散规律对采空区防治自燃发火具有重要意义。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，包括：
步骤S101、基于煤粒混合气体的竞争吸附实验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；步骤S102、根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体
Figure 633511DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型；其中，
Figure 99127DEST_PATH_IMAGE008
为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体；步骤S103、根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体
Figure 358070DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体中组分气体
Figure 158405DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型；步骤S104、基于有限差分法，根据组分气体
Figure 160996DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 481119DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线；步骤S105、将组分气体
Figure 176543DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体
Figure 496797DEST_PATH_IMAGE008
的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体
Figure 506341DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数。
优选的，在步骤S101中，按照公式：
Figure 946550DEST_PATH_IMAGE009
获取单位时间内煤粒混合气体各组分气体的累积气体吸附量，得到煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线；其中，
Figure 390038DEST_PATH_IMAGE010
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中未取样实验的累积吸附体积；
Figure 587801DEST_PATH_IMAGE011
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中取样实验的累积吸附体积；
Figure 260091DEST_PATH_IMAGE012
表示煤粒混合气体初始压力；
Figure 226910DEST_PATH_IMAGE013
表示
Figure 546027DEST_PATH_IMAGE014
时刻煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐内的残余压力；
Figure 355720DEST_PATH_IMAGE015
表示标准大气压；
Figure 707067DEST_PATH_IMAGE016
表示取样次数；
Figure 902294DEST_PATH_IMAGE017
表示煤粒质量；
Figure 313684DEST_PATH_IMAGE018
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积。
优选的，在步骤S102中，煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的有因次模型为：
Figure 813935DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 313181DEST_PATH_IMAGE020
表示时间，
Figure 254592DEST_PATH_IMAGE021
表示组分气体
Figure 961517DEST_PATH_IMAGE008
的压力，
Figure 355589DEST_PATH_IMAGE022
表示组分气体
Figure 688219DEST_PATH_IMAGE008
的极限吸附量；
Figure 218558DEST_PATH_IMAGE023
分别表示组分气体
Figure 96384DEST_PATH_IMAGE008
和组分气体
Figure 977752DEST_PATH_IMAGE024
的吸附常数，
Figure 84379DEST_PATH_IMAGE025
表示煤粒的孔隙率；
Figure 531541DEST_PATH_IMAGE026
表示组分气体
Figure 190056DEST_PATH_IMAGE008
占煤粒混合气体总压力百分比；
Figure 683354DEST_PATH_IMAGE027
表示系数常量，
Figure 452727DEST_PATH_IMAGE028
表示煤粒壳体的视密度，
Figure 19974DEST_PATH_IMAGE029
表示组分气体
Figure 692133DEST_PATH_IMAGE008
的标准密度，
Figure 407148DEST_PATH_IMAGE030
表示组分气体
Figure 42529DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数；
Figure 136387DEST_PATH_IMAGE031
表示煤粒中心到煤粒空间内任一点的距离。
优选的，在步骤S102中，煤粒混合气体中该组分气体沿径向流动的有因次模型的初始条件为：
Figure 199021DEST_PATH_IMAGE032
煤粒混合气体中该组分气体沿径向流动的有因次模型为：的边界条件为：
Figure 152064DEST_PATH_IMAGE033
其中，
Figure 528819DEST_PATH_IMAGE034
表示煤粒外表面组分气体
Figure 132976DEST_PATH_IMAGE008
的初始压力，
Figure 366511DEST_PATH_IMAGE035
表示煤粒外表面组分气体
Figure 931485DEST_PATH_IMAGE008
的压力，
Figure 220252DEST_PATH_IMAGE036
表示煤粒的质量；
Figure 351019DEST_PATH_IMAGE037
表示组分气体
Figure 693139DEST_PATH_IMAGE008
的摩尔质量；
Figure 542146DEST_PATH_IMAGE038
表示煤粒中心到煤粒空间内任一点的距离，
Figure 385337DEST_PATH_IMAGE039
表示煤粒半径；
Figure 573873DEST_PATH_IMAGE040
表示通用气体常数；
Figure 227840DEST_PATH_IMAGE041
表示理想气体的热力学温度；
Figure 564143DEST_PATH_IMAGE018
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积。
优选的，在步骤S103中，煤粒的预设无因次参量包括：
Figure 86391DEST_PATH_IMAGE042
对应的，煤粒混合气体中组分气体
Figure 519647DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型为：
Figure 203569DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 761589DEST_PATH_IMAGE044
表示无因次半径，
Figure 461430DEST_PATH_IMAGE045
表示无因次孔隙率，
Figure 358978DEST_PATH_IMAGE046
表示无因次吸附常数，
Figure 604015DEST_PATH_IMAGE047
表示无因次时间，
Figure 914911DEST_PATH_IMAGE048
表示无因次压降系数，
Figure 778961DEST_PATH_IMAGE049
表示无因次累积吸附质量；
Figure 406383DEST_PATH_IMAGE050
表示无因次压力。
优选的，在步骤S103中，煤粒混合气体中组分气体
Figure 760004DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型的初始条件为：
Figure 230300DEST_PATH_IMAGE051
煤粒混合气体中组分气体
Figure 22675DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型的边界条件为：
Figure 691554DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 153759DEST_PATH_IMAGE053
表示煤粒外表面组分气体
Figure 750831DEST_PATH_IMAGE008
的无因次初始压力。
优选的，在步骤S104中，基于有限差分法，根据煤粒混合气体中组分气体
Figure 753422DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体的无因次压力，且响应于得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 480070DEST_PATH_IMAGE008
的无因次压力与预设无因次压力的相对误差小于0.0001，根据压力计算输出煤粒混合组分气体
Figure 503390DEST_PATH_IMAGE008
无因次累积吸附量。
优选的，在步骤S104中，组分气体
Figure 745015DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量为：
Figure 754560DEST_PATH_IMAGE054
其中，
Figure 476659DEST_PATH_IMAGE055
表示无因次累积吸附质量，
Figure 77405DEST_PATH_IMAGE050
表示无因次压力，
Figure 9589DEST_PATH_IMAGE044
表示无因次半径，
Figure 681878DEST_PATH_IMAGE047
表示无因次时间。
优选的，在步骤S105中，按照公式：
Figure 445435DEST_PATH_IMAGE056
将煤粒混合组分气体
Figure 154765DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量
Figure 237163DEST_PATH_IMAGE057
转化为有因次累积气体吸附体积含量
Figure 385248DEST_PATH_IMAGE058
；将无因次时间
Figure 940994DEST_PATH_IMAGE059
转化为量纲时间
Figure 149121DEST_PATH_IMAGE060
；其中，
Figure 180531DEST_PATH_IMAGE028
表示煤粒壳体的视密度，
Figure 804411DEST_PATH_IMAGE029
表示组分气体
Figure 542560DEST_PATH_IMAGE008
的标准密度，
Figure 734638DEST_PATH_IMAGE022
表示组分气体
Figure 863131DEST_PATH_IMAGE008
的极限吸附量；
Figure 680914DEST_PATH_IMAGE061
表示组分气体
Figure 273569DEST_PATH_IMAGE008
的吸附常数，
Figure 26762DEST_PATH_IMAGE062
表示煤粒半径，
Figure 16452DEST_PATH_IMAGE030
表示组分气体
Figure 247713DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数。
本申请实施例还提供一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估系统，包括：实验单元，配置为基于煤粒混合气体的竞争吸附试验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线；模型建立单元，配置为根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体
Figure 694875DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型；其中，
Figure 478023DEST_PATH_IMAGE008
为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体；模型转换单元，配置为根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体
Figure 846688DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体组分气体
Figure 678378DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型；差分计算单元，配置为基于有限差分法，根据组分气体
Figure 793095DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 684828DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量；系数反演单元，配置为将组分气体
Figure 540788DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体
Figure 972907DEST_PATH_IMAGE008
的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体
Figure 394661DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数。
有益效果：
本申请实施例提供的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估的技术方案中，首先，基于煤粒混合气体的竞争吸附试验，获取单位时间内煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线；然后，根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中该组分气体沿径向流动的有因次模型；接着，根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中该组分沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体该组分气体沿径向流动的无因次模型，开发竞争吸附下煤微孔道气体扩散系数反演软件，得到煤粒混合气体中该组分的无因次累积吸附量；最后，结合实验情况，将该组分气体的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比该组分气体计算的有因次累积吸附量曲线与实验的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中该组分气体的微孔道扩散系数。籍此，通过混合组分气体微孔道扩散系数，更好地描述竞争吸附条件下煤粒中
Figure 660557DEST_PATH_IMAGE063
、
Figure 846557DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 285628DEST_PATH_IMAGE065
等多组分气体的扩散行为，掌握多组分气体在煤粒中的竞争吸附规律，为煤层气开发和有效防止采空区自燃发火提供依据。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的煤粒混合气体的竞争吸附试验系统的结构示意图；
图3为本申请实施例中煤样混合气体及其各组分累积吸附量实验结果图；
图4为本申请实施例中基于有限差分方法的球形煤粒节点划分图；
图5为本申请实施例中无因次解算程序流程图；
图6为本申请实施例中某煤样基于游离气体密度梯度扩散模型的微孔道扩散系数反演图；
图7根据本申请的一些实施例提供的一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
现有的研究集中在单组分气体吸附及运移规律，沿袭了经典的菲克扩散定律，但是根据扩散系数预测的气体吸附量与实验结果偏差较大，探究多组分气体在煤粒中的竞争吸附规律，建立一个通用的、准确的、简单的理论模型来更好地描述竞争吸附条件下煤粒中气体的扩散行为，找到其中的关键扩散系数使得计算结果与实验数据高度匹配具有重要的现实意义。
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法的流程示意图；如图1所示，该竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法包括：
步骤S101、基于煤粒混合气体的竞争吸附实验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；具体的，基于煤粒混合气体的竞争吸附试验，获取单位时间内煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线。
在本申请实施例中，按照预设标准进行煤层取样后完成煤粒混合气体的竞争吸附试验。具体的，通过钻孔在井下煤层获取新鲜的块状煤样，将煤样密封以减少其氧化过程，然后用专门的密封袋包装煤样并运送到实验室；在实验室内对煤样进行初步的干燥处理，把新鲜的块状煤样放到105摄氏度的真空干燥箱烘烤2小时，放入干燥器中冷却到室温；接着，将块状煤样放入破碎机进行破碎，然后再把装有粉碎煤样的样品筛放置在振筛机座上，接着打开振筛机的开关开始晒却60至80目的煤样；然后，将筛选出的60目至80目的煤粒放入105摄氏度的真空箱进行干燥4小时，并将烘干后的煤粒放到干燥器中冷却，一直冷却至室温来供实验室使用。
在本申请实施例中，按照预设标准对实验煤样进行分析，获取实验煤样的特征参数。具体的，竞争吸附实验的温度为30摄氏度，通用气体常数为8.314
Figure 765151DEST_PATH_IMAGE066
；煤粒的孔隙率
Figure 61003DEST_PATH_IMAGE067
；实验时的样品罐的自由空间的体积
Figure 422715DEST_PATH_IMAGE068
，煤粒的质量
Figure 72002DEST_PATH_IMAGE069
；煤粒的实密度
Figure 546977DEST_PATH_IMAGE070
；二氧化碳气体的标准密度
Figure 951413DEST_PATH_IMAGE071
；二氧化碳的朗格缪尔常数
Figure 738103DEST_PATH_IMAGE072
，二氧化碳的朗格缪尔常数
Figure 581295DEST_PATH_IMAGE073
；氧气的朗格缪尔常数
Figure 832147DEST_PATH_IMAGE074
，氧气的朗格缪尔常数
Figure 345168DEST_PATH_IMAGE075
；氮气的朗格缪尔常数
Figure 258635DEST_PATH_IMAGE076
，氮气的朗格缪尔常数
Figure 577621DEST_PATH_IMAGE077
；煤粒半径
Figure 620664DEST_PATH_IMAGE078
；煤粒混合气体初始压力
Figure 694799DEST_PATH_IMAGE079
。
在本申请实施例中，煤粒混合气体的竞争吸附试验系统如图2所示，在该实验系统中，将样品罐13和参考罐14在不装煤粒的状态下接通，吸附试验压力为
Figure 252819DEST_PATH_IMAGE080
，气密性检验须充入高于实验压力
Figure 313179DEST_PATH_IMAGE081
的气体，在此，充入
Figure 351673DEST_PATH_IMAGE082
实验气体，通过记录仪采集样品罐14和参考罐13内的压力，如果压力在6小时内保持稳定，则说明实验装置不漏气，试验系统的气密性良好。
将煤样加入样品罐14，实验开始后，进行样品管14的自由空间测定，由真空泵16对实验系统抽真空5小时，抽真空结束后，样品罐14及参考罐13中通入
Figure 268814DEST_PATH_IMAGE083
气，测得样品罐14中包括煤粒之间的孔隙体积，煤粒内部的微孔隙体积和煤样罐中剩余空间的总自由体积。
竞争吸附实验时，打开阀门2、阀门3、阀门4，使参考罐内气体压力达到
Figure 517392DEST_PATH_IMAGE084
，再关闭阀门2，打开阀门5，将参考罐13与样品罐14连通，当参考罐13与样品罐14内气体压力达到
Figure 178181DEST_PATH_IMAGE085
平衡时，阀门5迅速关闭，样品罐14内煤粒开式进行吸附。
实验过程中，样品罐14内气体压力下降，压力传感器记录样品罐14内气体压力的变化，计算样品罐内空间体积内气体的减少量，从而得到煤样对气体的累积气体吸附量。具体的，煤样混合气体及其各组分累积吸附量实验结果如图3所示。
在吸附过程中，用微量进样器对样品罐14内的混合气体进行取样，每次取样
Figure 320449DEST_PATH_IMAGE086
，送入气相色谱，检测各组分所占比例，计算各组分的分压，最后得到各组分气体的累积吸附量。由于气体在初始阶段的吸附量变化较大，因此在第5、20、35、50分钟依次从样品罐中提取混合气体进行分析，此后每30分钟提取一次，可得到单位时间内的累积气体吸附量。具体的，按照公式（1）计算，公式（1）如下，
Figure 611753DEST_PATH_IMAGE087
……………………（1）
其中，
Figure 721530DEST_PATH_IMAGE088
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中未取样实验的累积吸附体积，单位为
Figure 920430DEST_PATH_IMAGE089
；
Figure 58150DEST_PATH_IMAGE090
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中取样实验的累积吸附体积，单位为
Figure 644989DEST_PATH_IMAGE091
；
Figure 399319DEST_PATH_IMAGE092
表示煤粒混合气体初始压力，单位为
Figure 605172DEST_PATH_IMAGE093
；
Figure 472765DEST_PATH_IMAGE094
表示
Figure 902609DEST_PATH_IMAGE095
时刻煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐内的残余压力，单位为
Figure 347497DEST_PATH_IMAGE096
；
Figure 153779DEST_PATH_IMAGE097
表示标准大气压，单位为
Figure 125146DEST_PATH_IMAGE098
；
Figure 929154DEST_PATH_IMAGE099
表示取样次数；
Figure 235239DEST_PATH_IMAGE100
表示煤粒质量，单位为
Figure 845212DEST_PATH_IMAGE101
；
Figure 546452DEST_PATH_IMAGE102
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积，单位为
Figure 645995DEST_PATH_IMAGE103
。
步骤S102、根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体
Figure 331054DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型；
其中，
Figure 479139DEST_PATH_IMAGE008
为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体。
在本申请实施例中，煤粒气体扩散是由游离气体密度梯度驱动的，气体质量流通量与游离气体密度梯度成正比，具体如公式（2）所示，公式（2）如下：
Figure 910251DEST_PATH_IMAGE104
………………………………（2）
其中，
Figure 56062DEST_PATH_IMAGE105
表示煤粒中气体质量流量，即单位时间内通过单位面积的气体质量，单位为
Figure 759576DEST_PATH_IMAGE106
；
Figure 773668DEST_PATH_IMAGE107
表示微孔道游离气体扩散系数，单位为
Figure 246238DEST_PATH_IMAGE108
；
Figure 828529DEST_PATH_IMAGE109
表示游离态气体密度，单位为
Figure 330923DEST_PATH_IMAGE110
；
Figure 24073DEST_PATH_IMAGE031
表示煤粒半径，即等密度线外发现方向的长度，单位为
Figure 616728DEST_PATH_IMAGE111
。
在本申请实施例中，矿井下温度和压力条件下游离态的气体可视为理想气体，按照公式（3）计算游离态气体密度
Figure 494554DEST_PATH_IMAGE112
，公式（3）如下：
Figure 844764DEST_PATH_IMAGE113
………………………………（3）
其中，
Figure 138342DEST_PATH_IMAGE114
表示气体压力，单位为
Figure 664133DEST_PATH_IMAGE115
；通用气体常数
Figure 322647DEST_PATH_IMAGE116
；
Figure 815945DEST_PATH_IMAGE117
表示理想气体的热力学温度，单位为
Figure 647635DEST_PATH_IMAGE118
；
Figure 886986DEST_PATH_IMAGE119
表示气体的摩尔质量，单位为g
Figure 778719DEST_PATH_IMAGE120
。
由公式（2）和公式（3）可得：
Figure 743002DEST_PATH_IMAGE121
……………………（4）
籍此，通过理想气体方程将气体质量流量与游离气体密度梯度的表达式转化成气体质量流量与压力梯度的关系，此时，比例系数发生变化，在此，将其定义为微孔道渗透系数，用
Figure 316066DEST_PATH_IMAGE122
来表征，单位为
Figure 737820DEST_PATH_IMAGE123
。
在本申请实施例中，根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程以及质量守恒定律（流入和流出厚度为
Figure 128350DEST_PATH_IMAGE124
的单元体球壳的气体质量差等于其内部的气体质量变化量），可得到煤粒组分气体沿径向流动的连续性方程（有因次模型）。具体的，煤粒混合组分气体
Figure 940448DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型如公式（5）所示，公式（5）如下：
Figure 113940DEST_PATH_IMAGE125
………………（5）
其中，
Figure 468829DEST_PATH_IMAGE021
表示组分气体
Figure 640048DEST_PATH_IMAGE008
的压力，单位为
Figure 1759DEST_PATH_IMAGE093
，
Figure 306838DEST_PATH_IMAGE126
表示组分气体
Figure 640868DEST_PATH_IMAGE008
的极限吸附量，单位为
Figure 45304DEST_PATH_IMAGE127
；
Figure 205896DEST_PATH_IMAGE128
分别表示组分气体
Figure 924453DEST_PATH_IMAGE008
和组分气体
Figure 175306DEST_PATH_IMAGE024
的吸附常数，单位为
Figure 78540DEST_PATH_IMAGE129
；
Figure 86947DEST_PATH_IMAGE025
表示煤粒的孔隙率，单位为%；
Figure 405933DEST_PATH_IMAGE026
表示组分气体
Figure 324342DEST_PATH_IMAGE008
占煤粒混合气体总压力百分比，单位为%；
Figure 70581DEST_PATH_IMAGE027
表示系数常量，单位为
Figure 831863DEST_PATH_IMAGE130
；
Figure 16857DEST_PATH_IMAGE131
表示煤粒壳体的视密度，单位为
Figure 242302DEST_PATH_IMAGE132
；
Figure 97126DEST_PATH_IMAGE133
表示组分气体
Figure 142442DEST_PATH_IMAGE008
的标准密度，单位为
Figure 114815DEST_PATH_IMAGE134
；
Figure 194766DEST_PATH_IMAGE135
表示组分气体
Figure 486071DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数，单位为
Figure 81000DEST_PATH_IMAGE136
。
在本申请实施例中，煤粒中混合组分气体
Figure 545479DEST_PATH_IMAGE008
每单位质量的累积气体吸附质量用
Figure 683200DEST_PATH_IMAGE137
表示，如公式（6）所示；公式（6）如下：
Figure 20771DEST_PATH_IMAGE138
…………（6）
煤粒混合气体中该组分气体
Figure 978363DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型的初始条件如公式（7）所示，公式（7）如下：
Figure 574429DEST_PATH_IMAGE139
………………（7）
煤粒混合气体中该组分气体
Figure 363394DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型的边界条件如公式（8）所示，公式（8）如下：
Figure 730921DEST_PATH_IMAGE140
……（8）
其中，
Figure 238126DEST_PATH_IMAGE034
表示煤粒外表面组分气体
Figure 621572DEST_PATH_IMAGE008
的初始压力，
Figure 202726DEST_PATH_IMAGE035
表示煤粒外表面组分气体
Figure 69050DEST_PATH_IMAGE008
的压力，
Figure 860289DEST_PATH_IMAGE036
表示煤粒的质量；
Figure 470262DEST_PATH_IMAGE141
表示组分气体
Figure 905922DEST_PATH_IMAGE008
的摩尔质量；
Figure 943148DEST_PATH_IMAGE142
表示煤粒中心到煤粒空间内任一点的距离，
Figure 972416DEST_PATH_IMAGE062
表示煤粒半径。
步骤S103、根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体
Figure 120500DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型转化为组分气体
Figure 676246DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型；
具体的，煤粒的预设无因次参量如下公式（9）所示，公式（9）如下：
Figure 212270DEST_PATH_IMAGE143
………（9）
对应的，煤粒混合组分气体
Figure 915784DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型如公式（10）所示，公式（10）如下：
Figure 805242DEST_PATH_IMAGE144
…………………（10）
其中，
Figure 277812DEST_PATH_IMAGE145
表示无因次半径，
Figure 968425DEST_PATH_IMAGE146
表示无因次孔隙率，
Figure 159235DEST_PATH_IMAGE147
表示无因次吸附常数，
Figure 586805DEST_PATH_IMAGE148
表示无因次时间，
Figure 179461DEST_PATH_IMAGE048
表示无因次压降系数，
Figure 526128DEST_PATH_IMAGE149
表示无因次累积吸附质量；
Figure 204234DEST_PATH_IMAGE150
表示无因次压力。
由煤粒的预设无因次参量可得到煤粒混合气体该组分沿径向流动的无因次模型的初始条件如公式（11）所示，公式（11）如下：
Figure 435496DEST_PATH_IMAGE151
……………………（11）
煤粒混合气体该组分沿径向流动的无因次模型的边界条件如公式（12）所示，公式（12）如下：
Figure 961286DEST_PATH_IMAGE152
……………（12）
其中，
Figure 682117DEST_PATH_IMAGE153
表示煤粒外表面组分气体
Figure 519623DEST_PATH_IMAGE008
的无因次初始压力。
步骤S104、基于有限差分法，根据组分气体
Figure 351313DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 980878DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线；
具体的，基于有限差分法，根据该组分沿径向流动的无因次模型，开发竞争吸附下煤微孔道气体扩散系数反演软件，得到煤粒混合气体中该组分的无因次累积吸附量；
在本申请实施例中，煤粒混合组分气体沿径向流动的无因次模型为非线性偏微分方程，使用基于有限查分方法对煤粒气体流动方程进行求解。具体的，基于有限差分方法，根据煤粒混合组分气体沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体的无因次压力，且响应于得到煤粒混合气体的无因次压力与预设无因次压力的相对误差小于0.0001，输出煤粒混合气体吸附量。
在本申请实施例中，求解得到的无因次压力与预先设定的无因次压力进行比较，判断结果是否收敛，如果两者相对误差大于0.0001，则需要重新赋值计算；当两者的相对误差小于0.0001，循环结束，输出无因次累积组分气体
Figure 872610DEST_PATH_IMAGE008
吸附质量。
在本申请实施例中，基于有限差分方法对煤粒混合组分气体沿径向流动的无因次模型，设定煤粒为规则的几何球体，将球型煤粒沿球的半径划分为
Figure 197412DEST_PATH_IMAGE146
个节点，越靠近煤粒表面处，组分气体
Figure 832793DEST_PATH_IMAGE008
的压力和含量的变化越大，因此节点间距等比减小，节点标号分别为
Figure 566132DEST_PATH_IMAGE154
。以两个相邻节点间的中心作同心球面，相邻虚线球面之间形成球壳，在中心处形成一个实心球体，每个球壳或小球包含一个节点，这样可以得到以节点0为中心的实心球和包含各节点的
Figure 628765DEST_PATH_IMAGE155
个球壳，如图4所示。
建立以节点0为中心的实心球体、各节点对应的球壳和球形煤粒的外表面三部分构成的有限差分模型。其中，煤粒内部的球壳节点1至节点
Figure 440864DEST_PATH_IMAGE155
的组分气体
Figure 614356DEST_PATH_IMAGE008
非稳态流动的无因次有限差分方程如公式（13）所示，公式（13）如下：
Figure 952933DEST_PATH_IMAGE156
……（13）
其中，
Figure 186469DEST_PATH_IMAGE157
表示节点位置（
Figure 485863DEST_PATH_IMAGE158
），
Figure 463046DEST_PATH_IMAGE159
表示节点时间。
以节点0为中心的实心小球的无因次有限差分方程如公式（14）所示，公式（14）如下：
Figure 672442DEST_PATH_IMAGE160
…………（14）
球粒外表面节点
Figure 14562DEST_PATH_IMAGE161
所对应的无因次边界条件如公式（15）所示，公式（15）如下：
Figure 863569DEST_PATH_IMAGE162
……………………（15）
煤粒混合组分气体
Figure 706760DEST_PATH_IMAGE163
的无因次累积吸附量如公式（16）所示，公式（16）如下：
Figure 895296DEST_PATH_IMAGE164
…………………………（16）
其中，
Figure 470634DEST_PATH_IMAGE165
表示单位质量煤粒中组分气体
Figure 118522DEST_PATH_IMAGE008
的累积气体吸附质量。
在本申请实施例中，公式（13）至公式（15）构成了
Figure 437507DEST_PATH_IMAGE111
时空以
Figure 480550DEST_PATH_IMAGE166
个节点组分气体
Figure 226789DEST_PATH_IMAGE008
的压力为未知量的完备方程组。在此，基于Visual Studio平台编写相应的计算机程序语言，对线性方程组进行赋值，开始第一个时间点的计算，在给常数项赋值之前，取下一时刻无因次压力为上一时刻的c倍，之后调用子程序求解线性方程组，如图5所示。计算的步长采用等比步长，这样在保障精确度的情况下尽量节省计算时间。公式（13）至公式（15）的右边为第
Figure 112705DEST_PATH_IMAGE111
时刻节点无因次组分气体
Figure 173065DEST_PATH_IMAGE008
压力的非线性表达式，采用迭代方法求解。迭代的基本原理如公式（17）所示，公式（17）如下：
Figure 132931DEST_PATH_IMAGE167
…………………………（17）
将求解得到的无因次压力与预先设定的无因次压力进行比较，判断结果是否收敛。如果两者相对误差大于0.0001，则需要重新赋值计算。当两者误差小于0.0001，循环结束，输出无因次累计组分气体
Figure 128700DEST_PATH_IMAGE008
吸附质量。
步骤S105、将组分气体
Figure 174016DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体
Figure 772488DEST_PATH_IMAGE008
的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体
Figure 852439DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数。
具体的，结合实验情况，将该组分气体的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比该组分气体计算的有因次累积吸附量曲线与实验的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中该组分气体的微孔道扩散系数。。
在本申请实施例中，将假定的煤粒组分气体
Figure 2798DEST_PATH_IMAGE008
累积吸附曲线与实验实测的吸附曲线进行比较，不断改变
Figure 535410DEST_PATH_IMAGE030
值的大小，将模拟吸附曲线与实测吸附曲线进行匹配，从而确定混合气组分气体煤粒微孔道渗透系数
Figure 937573DEST_PATH_IMAGE030
，所得到的混合气组分气体煤粒微孔道渗透系数
Figure 872031DEST_PATH_IMAGE030
可作为竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力的评估指标，对竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力进行量化评估。
在本申请实施例中，模拟结果的反演过程是模拟结果从无因次转变为有有因次，并将模拟结果与实验数据进行匹配，从而找到与实验数据相匹配的
Figure 708138DEST_PATH_IMAGE030
值的过程，如图6所示。具体的，按照公式（18）将煤粒混合组分气体的无因次累积吸附量
Figure 665729DEST_PATH_IMAGE168
转化为有因次累积气体吸附体积含量
Figure 668320DEST_PATH_IMAGE058
；将无因次时间
Figure 519602DEST_PATH_IMAGE059
转化为量纲时间
Figure 215025DEST_PATH_IMAGE060
。公式（18）如下：
Figure 659913DEST_PATH_IMAGE169
……………………（18）
籍此，通过混合组分气体微孔道扩散系数，更好地描述竞争吸附条件下煤粒中
Figure 200616DEST_PATH_IMAGE170
、
Figure 922715DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 523461DEST_PATH_IMAGE171
等多组分气体的扩散行为，掌握多组分气体在煤粒中的竞争吸附规律，为有效防止采空区自燃发火提供依据。
图7为根据本申请的一些实施例提供的一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估系统的结构示意图；如图7所示，该竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估系统包括：
实验单元701，配置为基于煤粒混合气体的竞争吸附试验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；
模型建立单元702，配置为根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体
Figure 455645DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型；其中
Figure 127935DEST_PATH_IMAGE008
为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体；；
模型转换单元703，配置为根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体
Figure 891491DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体中组分气体
Figure 866401DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型；
差分计算单元704，配置为基于有限差分法，根据组分气体
Figure 82618DEST_PATH_IMAGE008
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 542287DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线；
系数反演单元705，配置为将组分气体
Figure 160351DEST_PATH_IMAGE008
的无因次累积吸附量曲线转化为有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体
Figure 306161DEST_PATH_IMAGE008
的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体
Figure 9675DEST_PATH_IMAGE008
的微孔道扩散系数。
本申请实施例提供的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估系统能够实现上述任一竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，包括：
步骤S101、基于煤粒混合气体的竞争吸附实验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；
步骤S102、根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体
Figure DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型；其中，
Figure 498112DEST_PATH_IMAGE001
为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体；
步骤S103、根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体
Figure 395661DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体中组分气体
Figure 372188DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型；
步骤S104、基于有限差分法，根据组分气体
Figure 745401DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 468506DEST_PATH_IMAGE001
的无因次累积吸附量曲线；
步骤S105、将组分气体
Figure 79616DEST_PATH_IMAGE001
的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体
Figure 370920DEST_PATH_IMAGE001
的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体
Figure 965849DEST_PATH_IMAGE001
的微孔道扩散系数；
在步骤S101中，按照公式：
Figure 492646DEST_PATH_IMAGE002
获取单位时间内煤粒混合各组分气体的累积气体吸附量，得到煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中未取样实验的累积吸附体积；
Figure 427104DEST_PATH_IMAGE004
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中取样实验的累积吸附体积；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示煤粒混合气体初始压力；
Figure 344769DEST_PATH_IMAGE006
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE007
时刻煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐内的残余压力；
Figure 489311DEST_PATH_IMAGE008
表示标准大气压；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示取样次数；
Figure 757481DEST_PATH_IMAGE010
表示煤粒质量；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积。
2.根据权利要求1所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S102中，煤粒混合气体中组分气体
Figure 936659DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 897662DEST_PATH_IMAGE007
表示时间，
Figure 201604DEST_PATH_IMAGE014
表示组分气体
Figure 67273DEST_PATH_IMAGE001
的压力，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示组分气体
Figure 976323DEST_PATH_IMAGE001
的极限吸附量；
Figure 904965DEST_PATH_IMAGE016
分别表示组分气体
Figure 696204DEST_PATH_IMAGE001
和组分气体
Figure DEST_PATH_IMAGE017
的吸附常数，
Figure 306176DEST_PATH_IMAGE018
表示煤粒的孔隙率；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示组分气体
Figure 459946DEST_PATH_IMAGE001
占煤粒混合气体总压力百分比；
Figure 28331DEST_PATH_IMAGE020
表示系数常量，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示煤粒壳体的视密度，
Figure 778637DEST_PATH_IMAGE022
表示组分气体
Figure 989038DEST_PATH_IMAGE001
的标准密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示组分气体
Figure 997314DEST_PATH_IMAGE001
的微孔道扩散系数；
Figure 143125DEST_PATH_IMAGE024
表示煤粒中心到煤粒空间内任一点的距离。
3.根据权利要求2所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S102中，煤粒混合气体中组分气体
Figure 643376DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型的初始条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
煤粒混合气体中组分气体
Figure 719785DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型的边界条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 579638DEST_PATH_IMAGE028
表示煤粒外表面组分气体
Figure 630771DEST_PATH_IMAGE001
的初始压力，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
表示煤粒外表面组分气体
Figure 211794DEST_PATH_IMAGE001
的压力，
Figure 763998DEST_PATH_IMAGE030
表示煤粒的质量；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
表示组分气体
Figure 356653DEST_PATH_IMAGE001
的摩尔质量，
Figure 968900DEST_PATH_IMAGE032
表示煤粒半径；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
表示通用气体常数；
Figure 37219DEST_PATH_IMAGE034
表示理想气体的热力学温度；
Figure 2901DEST_PATH_IMAGE011
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积。
4.根据权利要求3所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S103中，煤粒的预设无因次参量包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
对应的，煤粒混合气体中组分气体
Figure 843206DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 829616DEST_PATH_IMAGE038
表示无因次半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
表示无因次孔隙率，
Figure 385232DEST_PATH_IMAGE040
表示无因次吸附常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
表示无因次时间，
Figure 341555DEST_PATH_IMAGE042
表示无因次压降系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示无因次累积吸附质量；
Figure 174382DEST_PATH_IMAGE044
表示无因次压力。
5.根据权利要求4所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S103中，煤粒混合气体中组分气体
Figure 883360DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型的初始条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
煤粒混合气体中组分气体
Figure 801637DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型的边界条件为：
Figure 499335DEST_PATH_IMAGE046
其中，
Figure 717827DEST_PATH_IMAGE047
表示煤粒外表面组分气体
Figure 842778DEST_PATH_IMAGE001
的无因次初始压力。
6.根据权利要求1所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S104中，
基于有限差分法，根据煤粒混合气体中组分气体
Figure 654876DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体的无因次压力，且响应于得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 156264DEST_PATH_IMAGE001
的无因次压力与预设无因次压力的相对误差小于0.0001，根据压力计算输出煤粒混合气体中组分气体
Figure 494842DEST_PATH_IMAGE001
无因次累积吸附量。
7.根据权利要求1所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S104中，组分气体
Figure 790694DEST_PATH_IMAGE001
的无因次累积吸附量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
其中，
Figure 420914DEST_PATH_IMAGE043
表示无因次累积吸附质量，
Figure 194835DEST_PATH_IMAGE044
表示无因次压力，
Figure 653498DEST_PATH_IMAGE038
表示无因次半径，
Figure 261197DEST_PATH_IMAGE041
表示无因次时间。
8.根据权利要求1所述的竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，其特征在于，在步骤S105中，
按照公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE051
将煤粒混合气体组分气体
Figure 500417DEST_PATH_IMAGE001
的无因次累积吸附量
Figure 812450DEST_PATH_IMAGE043
转化为有因次累积气体吸附体积含量
Figure 986DEST_PATH_IMAGE052
；将无因次时间
Figure DEST_PATH_IMAGE053
转化为量纲时间
Figure 966537DEST_PATH_IMAGE054
；
其中，
Figure 362227DEST_PATH_IMAGE021
表示煤粒壳体的视密度，
Figure 618896DEST_PATH_IMAGE022
表示组分气体
Figure 786572DEST_PATH_IMAGE001
的标准密度，
Figure 595128DEST_PATH_IMAGE015
表示组分气体
Figure 215466DEST_PATH_IMAGE001
的极限吸附量；
Figure DEST_PATH_IMAGE055
表示组分气体
Figure 603722DEST_PATH_IMAGE001
的吸附常数，
Figure 625904DEST_PATH_IMAGE032
表示煤粒半径，
Figure 605362DEST_PATH_IMAGE023
表示组分气体
Figure 853940DEST_PATH_IMAGE001
的微孔道扩散系数。
9.一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估系统，其特征在于，包括：
实验单元，配置为基于煤粒混合气体的竞争吸附试验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；
模型建立单元，配置为根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体
Figure 577046DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型；其中，
Figure 456665DEST_PATH_IMAGE001
为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体；
模型转换单元，配置为根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体
Figure 872602DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体中组分气体
Figure 342898DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型；
差分计算单元，配置为基于有限差分法，根据组分气体
Figure 604115DEST_PATH_IMAGE001
沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体
Figure 600890DEST_PATH_IMAGE001
的无因次累积吸附量曲线；
系数反演单元，配置为将组分气体
Figure 187729DEST_PATH_IMAGE001
的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体
Figure 879741DEST_PATH_IMAGE001
的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体
Figure 210229DEST_PATH_IMAGE001
的微孔道扩散系数；
其中，所述实验单元按照公式：
Figure 61510DEST_PATH_IMAGE056
获取单位时间内煤粒混合各组分气体的累积气体吸附量，得到煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；
其中，
Figure 553671DEST_PATH_IMAGE003
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中未取样实验的累积吸附体积；
Figure 998559DEST_PATH_IMAGE004
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中取样实验的累积吸附体积；
Figure 864228DEST_PATH_IMAGE005
表示煤粒混合气体初始压力；
Figure 570016DEST_PATH_IMAGE006
表示
Figure 498658DEST_PATH_IMAGE007
时刻煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐内的残余压力；
Figure 165263DEST_PATH_IMAGE008
表示标准大气压；
Figure 837552DEST_PATH_IMAGE009
表示取样次数；
Figure 663426DEST_PATH_IMAGE010
表示煤粒质量；
Figure 497390DEST_PATH_IMAGE011
表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积。
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