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第1章 煤火热动力现象与煤火灾害1

1.1 煤火现象与全球煤火现状1

1.1.1 煤火的基本概念与危害1

1.1.2 全球煤火现状2

1.1.3 煤火研究的意义4

1.2 地下煤火成因与煤自燃机理5

1.2.1 地下煤火成因5

1.2.2 煤炭自燃的理论基础5

1.3 国内外煤火问题研究现状10

1.3.1 煤火自燃机理研究10

1.3.2 煤火热动力系统研究12

1.4 本书研究内容14

第2章 煤火热动力问题的数学描述与基本方程15

2.1 煤火热动力现象研究的基本方法15

2.1.1 基于传统多孔介质流动控制方程的数值模拟方法16

2.1.2 基于两相方法的数值模拟方法17

2.1.3 基于微观统计的数值模拟方法17

2.2 描述煤自燃的化学反应方程21

2.2.1 煤燃烧基本理论21

2.2.2 煤燃烧化学反应22

2.2.3 煤自燃特性23

2.3 描述煤火热动力过程的基本方程组27

2.3.1 渗流连续性与动量方程27

2.3.2 扩散方程与反应速率方程28

2.3.3 能量方程29

2.4 初始和边界条件30

2.4.1 初始条件30

2.4.2 边界条件31

第3章 求解煤火渗流问题的数值方法32

3.1 渗流模拟的数值方法32

3.2 有限单元法求解渗流问题33

3.2.1 有限单元法基本思想与分析步骤33

3.2.2 伽辽金（Galerkin）法35

3.2.3 等参元与数值积分36

3.3 渗流问题的有限元分析39

3.3.1 多场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics39

3.3.2 COMSOL Multiphysics渗流模拟41

第4章 煤火传热问题的数值求解49

4.1 传热问题的数值方法49

4.1.1 数值传热基本思想49

4.1.2 常用数值方法49

4.1.3 求解步骤50

4.2 能量方程的数值离散与求解51

4.2.1 区域离散化51

4.2.2 节点离散方程的建立52

4.2.3 边界条件处理55

4.2.4 离散方程的求解57

4.3 辐射换热数值计算方法58

4.3.1 气固介质热辐射特性的计算58

4.3.2 热辐射传输计算方法62

4.4 耦合传热的数值模拟68

4.4.1 耦合传热数值模型68

4.4.2 耦合传热模拟与分析69

第5章 煤火热动力现象的数值模拟74

5.1 煤火热动力数值仿真74

5.1.1 物理模型与参数74

5.1.2 仿真结果75

5.2 计算结果对模型参数的响应78

5.2.1 渗透率78

5.2.2 热导率79

5.2.3 边界压力81

5.3 火区现场调查与模型验证82

5.3.1 火区调查与现场测量82

5.3.2 结果比对84

5.4 多层煤火热特性演变分析85

5.4.1 多层煤火模型86

5.4.2 多层煤火热特性仿真与分析86

第6章 煤火热动力演变规律数值分析91

6.1 煤层自然发火特性及其影响91

6.1.1 煤层低温自燃变化规律91

6.1.2 煤自燃倾向性对煤层自燃的影响94

6.2 采动裂隙对煤火热动力特性的影响96

6.2.1 含顶板采动裂隙煤火模型96

6.2.2 裂隙对煤火区内流动影响97

6.2.3 裂隙对煤火温度分布影响99

6.3 燃烧深度对煤火热动力特性的影响100

6.3.1 燃烧深度对煤火区内温度影响101

6.3.2 燃烧深度对煤火区内流动影响102

第7章 煤火灾害防治的数值模拟103

7.1 煤火热动力灾害的防治问题103

7.1.1 煤田火灾的探测问题103

7.1.2 煤火治理问题103

7.2 煤火的探测方法与数值模拟104

7.2.1 煤火地球物理和化学特征及探测方法104

7.2.2 高密度电法探测煤火的数值模拟109

7.3 煤火治理方法与数值模拟117

7.3.1 煤火治理方法117

7.3.2 煤火治理过程的数值模拟124

参考文献128