单颗粒煤孔隙结构的数值模拟研究

摘要

煤是自然界物质中重要的组成部分,也与我们日常生活息息相关。它是一种多孔性物体,在煤颗粒的内部有许多细小的孔隙。文中首先对煤颗粒孔隙结构的测试方法、煤颗粒孔隙结构的不同理论模型和国内外相关研究进行了综述,分析了每种方法的优缺点及其适用范围,并对各种测试方法的分辨率、测量范围、工作环境、工作温度和对样品破坏程度进行了归纳和总结。然后对煤的微观孔隙结构分别作了电子显微镜实验研究和数值重构,主要研究内容及结论如下:
　　首先对B1~B3煤进行工业分析,确定B1为无烟煤、B2为褐煤、B3为烟煤,然后对它们进行扫描电镜实验,观察分析发现,不同的煤种其内部孔隙的大小、孔隙形状和孔隙的分布各不相同。无烟煤孔隙较多、孔径比较大并且形状各异,孔隙排列紧密层次感较强;褐煤大孔隙比较少,多为中、小孔隙;烟煤孔径较大、孔隙较多,孔的形态各异,并且有构造裂隙生成,但裂隙数量较少,孔隙半径分布范围相对集中,小孔呈大量分布。
　　其次利用IPP软件对烟煤进行分析发现,烟煤的孔数百分含量随孔径大小的分布呈先骤降后缓降的变化趋势,其中孔隙大小主要集中为小孔,中孔和大孔相对比较少,小孔呈大量分布。
　　最后利用Matlab软件自编程序基于蒙特卡罗方法对烟煤的二维孔隙结构进行重构。固定直径法重构研究表明,当直径为15像素点时重构图形的各个参数达到最佳,孔隙分维数与孔数百分含量的孔径分布与原图较为接近,但随着重构基圆直径的增大孔隙分维数逐渐减小。不固定直径法在固定直径法的基础上进行,选取合适的基圆直径进行重构,图形的孔隙分维数趋于一致,并没有呈现出持续增大或减小的趋势,所重构图像孔径孔隙百分含量的分布及其它参数与真实图像较为接近。

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引言

1文献综述

1.1煤孔隙的分类

1.2单颗粒煤孔隙结构的实验测试方法及发展现状

1.3单颗粒煤或焦孔隙结构的传统理论模型研究进展

1.4单颗粒煤或焦孔隙结构的分形研究进展

1.5本文主要研究内容

2分形几何理论和蒙特卡罗方法

2.1分形理论

2.2蒙特卡罗方法

2.3分形-蒙特卡罗方法数学模型

2.4本章小结

3单颗粒煤孔隙结构特征分析

3.1煤的工业分析

3.2扫描电镜实验

3.3图像处理及分析

3.4本章小结

4单颗粒煤孔隙结构数值重构

4.1单颗粒煤内部孔隙结构分形特征

4.2固定直径数值重构

4.3不固定直径数值重构

4.4重构方法的分析比较

4.5控制孔分布分维数的不固定直径数值重构

4.6本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢