[发明专利]一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统

权利要求书

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沿径向流动的有因次模型；其中，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，根据组分气体沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体的无因次累积吸附量曲线；

步骤S105、将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，通过对比组分气体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的微孔道扩散系数；

在步骤S101中，按照公式：

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，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；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；表示煤粒混合气体初始压力；表示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；表示标准大气压；表示取样次数；表示煤粒质量；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沿径向流动的有因次模型为：

其中，表示时间，表示组分气体的压力，表示组分气体的极限吸附量；分别表示组分气体和组分气体的吸附常数，表示煤粒的孔隙率；表示组分气体占煤粒混合气体总压力百分比；表示系数常量，表示煤粒壳体的视密度，表示组分气体的标准密度，表示组分气体的微孔道扩散系数；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沿径向流动的有因次模型的初始条件为：

煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的有因次模型的边界条件为：

其中，表示煤粒外表面组分气体的初始压力，表示煤粒外表面组分气体的压力，表示煤粒的质量；表示组分气体的摩尔质量，表示煤粒半径；表示通用气体常数；表示理想气体的热力学温度；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：

对应的，煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的无因次模型为：

其中，表示无因次半径，表示无因次孔隙率，表示无因次吸附常数，表示无因次时间，表示无因次压降系数，表示无因次累积吸附质量；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沿径向流动的无因次模型的初始条件为：

煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的无因次模型的边界条件为：

其中，表示煤粒外表面组分气体的无因次初始压力。

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无因次累积吸附量。