Analytical Model of Water Flow in Coal with Active Matrix

NASA Astrophysics Data System (ADS)

Siemek, Jakub; Stopa, Jerzy

2014-12-01

This paper presents new analytical model of gas-water flow in coal seams in one dimension with emphasis on interactions between water flowing in cleats and coal matrix. Coal as a flowing system, can be viewed as a solid organic material consisting of two flow subsystems: a microporous matrix and a system of interconnected macropores and fractures. Most of gas is accumulated in the microporous matrix, where the primary flow mechanism is diffusion. Fractures and cleats existing in coal play an important role as a transportation system for macro scale flow of water and gas governed by Darcy's law. The coal matrix can imbibe water under capillary forces leading to exchange of mass between fractures and coal matrix. In this paper new partial differential equation for water saturation in fractures has been formulated, respecting mass exchange between coal matrix and fractures. Exact analytical solution has been obtained using the method of characteristics. The final solution has very simple form that may be useful for practical engineering calculations. It was observed that the rate of exchange of mass between the fractures and the coal matrix is governed by an expression which is analogous to the Newton cooling law known from theory of heat exchange, but in present case the mass transfer coefficient depends not only on coal and fluid properties but also on time and position. The constant term of mass transfer coefficient depends on relation between micro porosity and macro porosity of coal, capillary forces, and microporous structure of coal matrix. This term can be expressed theoretically or obtained experimentally. W artykule zaprezentowano nowy model matematyczny przepływu wody i gazu w jednowymiarowej warstwie węglowej z uwzględnieniem wymiany masy między systemem szczelin i matrycą węglową. Węgiel jako system przepływowy traktowany jest jako układ o podwójnej porowatości i przepuszczalności, składający się z mikroporowatej matrycy węglowej oraz z systemu szczelin, spękań i ewentualnie największych porów. Przepływowi w systemie szczelin towarzyszyć może wymiana masy z matrycą, której intensywność zależy m.in. od właściwości węgla i warunków panujących w układzie przepływowym. W szczególności matryca węglowa może pochłaniać wodę pod wpływem sił kapilarnych, co wpływa na przepływ w szczelinach. W artykule zostało zaproponowane równanie różniczkowe cząstkowe opisujące nasycenie wodą w systemie szczelin z uwzględnieniem wymiany masy z matrycą pod wpływem sił kapilarnych. Podano dokładne rozwiązanie analityczne, które może być zastosowane w praktyce inżynierskiej. Zauważono, że szybkość wymiany masy między szczelinami i matrycą wyraża się formułą analogiczną do prawa stygnięcia Newtona, ale w analizowanym przypadku współczynnik wymiany masy zależy nie tylko od właściwości węgla i płynów ale również od położenia i czasu. Stały człon tego współczynnika może być obliczony teoretycznie lub wyznaczony eksperymentalnie

Three-Dimensional Numerical Simulation of the Mass Exchange Between Longwall Headings and Goafs, in the Presence of Methane Drainage in A U-Type Ventilated Longwall / Symulacja Numeryczna 3D Procesów Wymiany Masy W Układzie Wyrobiska Ścianowe Zroby, W Aspekcie Prowadzenia Odmetanowania Ściany Przewietrzanej Systemem Na „U"

NASA Astrophysics Data System (ADS)

Skotniczny, Przemysław

2013-09-01

The phenomena related to the occurrence of methane in underground mines pose a considerable danger in the process of coal seam exploitation. Quite often, experimental analysis falls short of investigating their areas of origin (goafs area, affected rock mass, the tail gate area with abandoned excavation). Therefore, an invaluable tool for evaluating the risk involved in the exploitation process might be the numerical simulation of the phenomenon in question, carried out with the use of the latest CFD methods. Due to its application, we are able to recreate and predict the mechanism of the studied phenomenon, with certain assumptions and simplifications made. The present paper discusses the results of the numerical simulation of the process of mass exchange occurring between affected rock mass and longwall headings. The calculations were performed for two test cases - 100 meter long walls. Zjawiska związane z występowaniem metanu w kopalniach głębinowych stanowią poważne zagrożenie w procesie eksploatacji złóż węgla. Źródło występowania tych zjawisk dość często znajduje się poza możliwościami eksperymentalnej analizy (obszar zrobów, górotwór naruszony, strefa górnego naroża od strony zlikwidowanych wyrobisk ścianowych). Nieocenionym narzędziem oceny ryzyka eksploatacji w takim przypadku może stać się numeryczna symulacja zjawiska przy użyciu nowoczesnych metod CFD, która z uwzględnieniem pewnych założeń i uproszczeń jest wstanie odtworzyć oraz przewidzieć mechanizm zjawiska. W prezentowanym artykule przedstawiono wyniki symulacji numerycznej procesu wymiany masy pomiędzy górotworem naruszonym eksploatacją a wyrobiskami ścianowymi. Obliczenia zostały przeprowadzone dla dwóch przypadków testowych (test case) 100 metrowej długości ścian.

Changes of chromium concentration in alluvial sediments of the Obra river valley

NASA Astrophysics Data System (ADS)

Młynarczyk, Z.; Sobczyński, T.; Słowik, M.

2006-06-01

In this research work, changes in concentration of the chosen chemical element in alluvial sediments have been used to estimate the relative age of floodplain deposits. The research concerning changes of chromium concentration in alluvial deposits was done in the Obra river valley near Międzyrzecz (Western Poland). Chromium was chosen because of its low ability to migrate in groundwater environment. Moreover, this chemical element was used in the process of dyeing textures in Międzyrzecz between the sixteenth and the nineteenth century. Confrontation of changes in chromium concentration and age of alluvial sediments (age estimated in years BP using radiocarbon method) have shown that the sediments with higher chromium contents are much older than the period of development of the weaving industry in Międzyrzecz. Therefore, it is not possible to use changes in chromium concentration to estimate relative age of floodplain sediments. Despite information in the literature about low migration ability of this chemical component (Macioszczyk and Dobrzyński in Hydrogeochemia: strefy aktywnej wymiany wód podziemnych. PWN, Warszawa, 2002; Ball and Izbicki in Appl Geochem 19:1123 1135, 2004) migration of chromium is so intensive that distinct changes in its concentration are observed even before the period of increased human activity.

The statistical geoportal and the ``cartographic added value'' - creation of the spatial knowledge infrastructure

NASA Astrophysics Data System (ADS)

Fiedukowicz, Anna; Gasiorowski, Jedrzej; Kowalski, Paweł; Olszewski, Robert; Pillich-Kolipinska, Agata

2012-11-01

The wide access to source data, published by numerous websites, results in situation, when information acquisition is not a problem any more. The real problem is how to transform information in the useful knowledge. Cartographic method of research, dealing with spatial data, has been serving this purpose for many years. Nowadays, it allows conducting analyses at the high complexity level, thanks to the intense development in IT technologies, The vast majority of analytic methods utilizing the so-called data mining and data enrichment techniques, however, concerns non-spatial data. According to the Authors, utilizing those techniques in spatial data analysis (including analysis based on statistical data with spatial reference), would allow the evolution of the Spatial Information Infrastructure (SII) into the Spatial Knowledge Infrastructure (SKI). The SKI development would benefit from the existence of statistical geoportal. Its proposed functionality, consisting of data analysis as well as visualization, is outlined in the article. The examples of geostatistical analyses (ANOVA and the regression model considering the spatial neighborhood), possible to implement in such portal and allowing to produce the “cartographic added value”, are also presented here. Szeroki dostep do danych zródłowych publikowanych w licznych serwisach internetowych sprawia, iz współczesnie problemem jest nie pozyskanie informacji, lecz umiejetne przekształcenie jej w uzyteczna wiedze. Kartograficzna metoda badan, która od wielu lat słuzy temu celowi w odniesieniu do danych przestrzennych, zyskuje dzis nowe oblicze - pozwala na wykonywanie złozonych analiz dzieki wykorzystaniu intensywnego rozwoju technologii informatycznych. Znaczaca wiekszosc zastosowan metod analitycznych tzw. eksploracyjnej analizy danych (data mining) i ich "wzbogacania” (data enrichment) dotyczy jednakze danych nieprzestrzennych. Wykorzystanie tych metod do analizy danych o charakterze przestrzennym, w tym danych statystycznych, i zapewnienie dostepu do nich w formie dedykowanych usług przyczyniłoby sie, zdaniem Autorów, do przetworzenia infrastruktury informacji przestrzennej (Spatial InformationInfrastructure - SII) w infrastrukture wiedzy przestrzennej (Spatial Knowledge Infrastructure - SKI). Rozwojowi SKI mógłby słuzyc geoportal statystyczny, którego propozycje funkcjonalnosci, obejmujace zarówno analize jak i wizualizacje danych, zarysowano w artykule. Zaprezentowano tez przykłady analiz statystycznych (ANOVA, regresja z uwzglednieniem sasiedztwa przestrzennego), mozliwych do zaimplementowania w takim portalu, a które mogłyby sie przyczynic do wytworzenia "kartograficznej wartosci dodanej”.

Flexibility in Management of Modernization in Construction - Electrical Works/ Elastyczność W Zarządzaniu Modernizacją Obiektów Budowlanych Na Przykładzie Robót Elektrycznych

NASA Astrophysics Data System (ADS)

Nowotarski, Piotr; Pasławski, Jerzy

2015-06-01

The article presents the general principles of flexible approach, illustrated with case study regarding flexibility in modernization. Flexibility is understood in the present case as a skilful adaptation to changes in the dynamically changing environment. The essence of flexibility approach is being staged to make decisions based on environmental and process monitoring in progress. Presented case study of upgrading the electrical system in the multi-family housing in the common area is based on step by step procedure responding to damage state of this system. Simple analysis is based on cost comparison but there are other criteria (environmental, social etc.) and conflict solving situations taken into account in presented paper. Artykuł prezentuje możliwość zastosowania elastyczności w modernizacjach istniejących obiektów budowlanych na przykładzie instalacji oświetleniowej. Elastyczność jest rozumiana w tym przypadku jako umiejętne dostosowanie się do zmian w dynamicznie zmieniającym się środowisku. Istotą podejścia elastycznego jest podejmowanie odpowiednich decyzji w odpowiednim czasie opartych na monitoringu środowiska i procesu w toku. Prezentowane studium przypadku modernizacji instalacji elektrycznej w budownictwie wielorodzinnym w częściach wspólnych obiektu (korytarze, klatki schodowe, hala garażowa) opiera się na wymianie i modernizacji tylko tych punktów, które w danym momencie ulegają awarii. Prosta analiza oby typów modernizacji opiera się na porównaniu kosztów, natomiast trzeba zaznaczyć, że możliwe są także inne kryteria (środowiskowe, konfliktu społecznego, itp.), które będą przedmiotem kolejnych publikacji. Zastąpienie tradycyjnych żarówek rozwiązaniami opartymi na technologii LED z zastosowaniem czujników ruchu może prowadzić do znacznych oszczędności, ale może też oznaczać obniżenie komfortu dla użytkowników (np. dla osób starszych, którym jeden cykl działania oświetlenia nie jest wystarczający do pokonania całej drogi na korytarzu). Osiągnięcie kompromisu w tego typu konfliktach interesów może być rozwiązane za pomocą podejścia elastycznego i zwinnego.

Analysis of The Rayleigh Number in the Area of Steel Rectangular Sections in the Conditions of Stedy and Unstedy Heat Flow/ Analiza Liczby Rayleigha W Obszarze Stalowych Profili Prostokątnych W Warunkach Ustalonego I Nieustalonego Przepływu Ciepła

NASA Astrophysics Data System (ADS)

Wyczółkowski, Rafał

2014-09-01

The paper presents the experimental measurements dedicated to the research for the Rayleigh number (Ra) in the area of rectangular steel sections. This problem is associated with the analysis of the free convection which takes place in the heating of sections bundles during the heat treatment. The study was conducted for both steady and transient heat transfer. The values of the Ra number obtained for the tested sections allow to describe the phenomenon of convection on the basis of a very simple criterial dependence. It greatly simplifies the mathematical description of the heat transfer phenomenon in the concerned charges. W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych, których celem było określonie liczby Rayleigha (Ra) dla profili prostokątnch, nagrzewanych w warunkach ustalonej i nieustalonej wymiany ciepła. Analizie poddano trzy rodzaje profili: 40×20 mm, 60×60 mm oraz 80×80 mm. Badania dla warunków ustalonych przeprowadzono w komorze grzewczej stanowiska do pomiarów efektywnej przewodności cieplnej wsadów porowatych. Natomiast badania w warunkach nieustalonych przeprowadzono w elektrycznym piecu komorowym. Charakter zmian liczby Ra w funkcji temperatury, dla obu sposobów nagrzewania jest podobny. W każdym z przypadków, maksymalną wartość parametr Ra uzyskuje w przedziale temperatury około 100÷200°C. Dla profili 80×80 mm parametr ten jest około sześciokrotnie większy w porównaniu z profilami 60×60 mm. W przypadku nieustalonego przepływu ciepła, bezwzględne wartości parametru Ra są o rząd wielkości większe od wartości uzyskanych dla warunków ustalonych. Odnotowane liczby Ra nie przekroczyły wartości 107. Maksymalna wartość tego parametru wyniosła około 1,2×106. Zatem przy nagrzewaniu analizowanych profili, występujacą w ich wnętrzu konwekcję, można traktować jako intensyfikację przewodzenia w wypełniającym je powietrzu. Wyniki przedstawionych badań posłużą do analizy wpływu występującej wewnątrz profili konwekcji, na proces nagrzewania wiązek tych elementów. Ostatecznym wynikiem prowadzonych w tym zakresie analiz, będzie opracowanie modelu do wyznaczania efektywnej przewodności cieplnej tego wsadu.