Modelling of mine gas repositories
Maden gazı rezervuarlarının modellemesi
- Tez No: 1012101
- Danışmanlar: PROF. DR. RAINER HELMIG
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Environmental Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2004
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıtat Stuttgart
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Terk edilmiş kömür madenlerinin bulunduğu bölgelerde, önemli miktarda metan yüzeye doğru hareket etmektedir. Bu metan, arazinin sınırlı bir şekilde kullanılmasına neden olabilir ve bölge sakinleri için potansiyel bir risk oluşturur. Bu durum, birçok madencilik bölgesinde metan hareketini yüzeye kontrol etmek amacıyla çıkarım kuyularının kurulmasına yol açmıştır. Çıkarılan metan-hava karışımının miktarı ve konsantrasyonu yeterince yüksekse, bu karışım bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Ancak, maden gazı rezervuarlarının geliştirilmesi için çıkarım kuyularının verimliliğini veya optimal işletimini değerlendirecek güvenilir testler bulunmamaktadır. Maden gazı rezervuarlarının genellikle karmaşık jeolojisi ve fiziksel davranışı nedeniyle, bu sistemleri daha iyi anlamak ve verimliliği etkileyen önemli süreçleri belirlemek için sayısal simülasyonlar yardımcı olabilir. Bu çalışmada, Kobayashi [2004] modeline dayalı olarak su ve gaz fazlarını içeren iki fazlı, metan, hava ve suyu içeren üç bileşenli bir model genişletilmiştir. Gaz fazının karışım viskozitesinin sıcaklığa bağlı bir fonksiyon olarak tanımlanması, bileşenlerin difüzyonu üzerindeki kıvrımlılık etkisi, su fazındaki metan difüzyonunun sıcaklığa bağlı bir fonksiyon olarak modellenmesi ve metanın su fazındaki çözünürlüğünün sıcaklık ve basınca bağlı bir fonksiyon olarak ele alınması bu genişletmeler arasında yer almaktadır. Advektif ve difüzif hareket eden taşınımlarının karşılaştırılması, test durumlarında (Pe << 1) difüzif hareket eden taşınımın baskın olduğunu göstermiştir. Doymamış homojen bir ortamda birkaç durum başarıyla test edilmiştir. Tamamen advektif hareket eden taşınımda parmaklaşma etkisi gözlemlenmiştir; daha az viskoz ve daha az yoğun bir akışkanın (metan), daha viskoz ve daha yoğun bir akışkanı (hava) yer değiştirdiği durumda, akış parmaklaşma olarak adlandırılan kararsızlıklar gösterebilir. Tamamen difüzif hareket eden taşınımda, hava ve metan arasındaki yoğunluk ve viskozite farklılıkları taşıma sürecini etkilememiştir. Homojen durumun ardından, metan göçü heterojen ve doymamış bir ortamda test edilmiştir. Tamamen advektif hareket eden taşınımda, heterojen durumda da kararsızlıklar gözlemlenmiştir. Ancak düşük hızlar, düşük geçirgenliğe sahip akitardlarda parmaklaşma etkisini azaltmıştır. Homojen durumun aksine, heterojen durum denge durumuna ulaşabilmiştir çünkü zamanla yoğunluk etkisi azalmıştır. Heterojen durumda, basınç dağılımı önceki tek fazlı simülasyonlar ve ölçümlerle oldukça iyi bir uyum göstermiştir. Son olarak, kısmen doymuş heterojen bir ortamda metan göçü test edilmiştir. Su kütlesi içinde, su seviyesinin zamanla sabit kalmasını sağlamak amacıyla su fazının bağıl geçirgenliği sıfıra ayarlanmıştır, bu da doymuş su kütlesinde advektif hareket eden taşınımı engellemiştir. Gaz fazında sabit bir metan kaynağı basıncı için, su kütlesinin altında basıncın arttığı gözlemlenmiştir. Bu durum, kısmen doymuş heterojen bir ortamda basınç farklarının, doymamış heterojen bir ortamdan daha yüksek olmasına neden olmuştur.
Özet (Çeviri)
In regions with abandoned coal mines considerable amount of methane migrates to the surface. This methane can cause restricted use of land and is a potential risk for the residents. This fact resulted in the installation of extraction wells in many mining areas to be able to control the methane migration to the surface. If the amount and concentration of the extracted methane-air mixture is high enough, it can be utilized as an energy source. For the development of mine gas repositories no reliable tests exist to evaluate the productiveness or the optimal operation of the extraction wells. Due to usual complex geology and physical behavior of mine gas repositories numerical simulations can help to get better understanding of these systems and to identify the important processes influencing the productiveness. In this work the model of Kobayashi [2004], a 2-phase (water, gas) 3-component (methane, air, water) model, was extended by introducing the mixture viscosity of the gas phase as a function of temperature, the effect of tortuosity on the diffusion of the components, the diffusion of methane in the water phase as a function of temperature and the solubility of methane in the water phase as a function of temperature and pressure. The comparison of the advective and diffusive transports showed that diffusive transport was dominant for the test cases (Pe << 1). Several cases were successfully tested in the unsaturated homogeneous domain. In purely advective transport fingering effect was observed, if less viscous and less dense fluid (methane) displaces more viscous and more dense fluid (air), flow may show instabilities called fingering. In purely diffusive transport density and viscosity differences between air and methane did not affect the transport process. Subsequent to the homogenous case, the methane migration in a heterogeneous and unsaturated domain was tested. For purely advective transport the heterogeneous case showed instabilities too. However, the low velocities reduced the fingering effect in the low permeable aquitards. Unlike the homogeneous case, the heterogeneous case could reach the steady state, because with time the density effect got smaller. For the heterogenous case pressure distribution correlated very well with previous 1-phase simulations and measurements. Finally, methane migration in partially saturated heterogeneous domain was tested. Within the water body relative permeability of the water phase was set to zero for the sake of keeping the water level constant over time, which prevented advective transport in the saturated water body. It was observed that for a constant methane source pressure in the gas phase is increasing below the water body. This results in higher pressure differences in partially saturated heterogeneous domain than in unsaturated heterogeneous domain.
Benzer Tezler
- Kömürün kendi kendine ısınmasının ve tutuşmasının modellenmesi, simülasyonu ve deneysel incelenmesi
Mathematical modelling, simulation and experimental investigation of self – heating and self – ignition of coal
BURHAN YÖRÜK
Doktora
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ARISOY
- Yeraltı maden işletmelerindeki hava hızı ve metan davranışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile modellenmesi
The computational fluid dynamics (CFD) modeling of airflow velocity and methane behaviour in underground mines
GÜLNAZ DALOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Maden Mühendisliği ve MadencilikEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖNDER
- Endüstriyel tesislerdeki yanıcı, parlayıcı kimyasal sıvıların atmosfer patlamalarının (ATEX) teorik ve uygulamalı olarak hesap edilerek önlemlerinin belirlenmesi
Determination of measures by theoretically and practically calculation of atmosphere explosions (ATEX) of the combustible, inflammable chemical liquids in the industrial facilities
ÖMER AHMET USLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
KimyaDumlupınar ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLENT BÜYÜKKIDAN
- Bir yer altı metal madeninde hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile havalandırma analizi ve değerlendirmesi
Ventilation analysis and assesment in an underground metal mine using the computational fluid dynamics method
YAVUZ AYDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜZİN GÜLSEV UYAR AKSOY
- Türkiye linyit kömürleri için yer altında kömür gazlaştırmasının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of underground coal gasification for Turkish lignite
OĞUZ BÜYÜKŞİRİN
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT GÜR