煤体纳米孔隙内气体传输模型是低渗煤层瓦斯运移规律中尚未解决的关键科学问题之一,前人所建模型很少考虑微观边界限制对纳米孔隙通道内气体分子自由程的影响.论文根据气体动力学理论,修正了纳米尺度孔道内气体动力黏度及气体分子平均自由程,进而修正了Knudsen数;将修正的Knudsen数结合前人模型,建立了考虑微观边界限制的纳米孔隙气体传输模型,并推导出了等效视渗透率模型.采用场发射扫描电子显微镜和MATLAB最大稳定极值区域算法,量化表征了阳极氧化铝薄膜纳米孔的孔隙结构;使用PMI微渗透率测试仪,开展了不同稀薄程度气体的薄膜穿透实验,验证了考虑微观边界限制的纳米孔隙气体传输模型.结果表明:受微观边界限制影响,纳米孔隙内气体分子平均自由程和有效Knudsen数均会减小;与传统模型相比,新建考虑微观边界限制的纳米孔隙气体传输模型与实验结果更为相近,且适用于描述多尺度孔隙内气体流动规律.

国家自然科学基金项目（51774119,52174173）；2019年度河南省高等学校重点科研项目计划基础专项（19zx003）；

1 分子平均自由程的微观边界效应
2 考虑微观边界限制的纳米孔隙气体流动模型
2.1 过渡流区孔道内气体流动机理与模型
2.2 考虑微观边界限制的视渗透率模型
3 纳米孔隙气体流动实验研究与模型验证
3.1 阳极氧化铝薄膜电镜扫描
3.2 基于最大稳定极值区域检测的FESEM图像孔隙特征提取
3.3 纳米孔隙气体流动实验研究
3.4 实验结果与分析
3.5 纳米孔隙气体流动模型验证
4 结 论

刘彦伟,贾浩杰,左伟芹,韩红凯,常平,苗健,魏建平,徐鹏.基于有效分子自由程的纳米孔隙气体传输模型[J].中国矿业大学学报,2022,51(01):90-99.DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.001341.