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流固耦合力学

煤的发展史

地球环境演变

流固耦合力学

1、获得不同尺度过滤曳力后，找到影响其变化规律的关键状态变量，按照状态变量对曳力数据进行分类条件平均，拟合并构建曳力平均信息与状态变量的关系，即可完成建模工作。早期研究中，过滤固含率（?sˉ）、过滤滑移速度（uslip?）以及过滤尺度（Δf）这些描述当地网格内最基本状态的变量成为了建模的首选状态变量，这期间涌现出一批用这些变量对曳力建模的工作[84,?133,?135]。随着认识的进一步深入，Parmentier等[15,85]发现在大尺度使用均匀曳力模型过大地估计曳力的原因在于计算曳力时使用的uslip?和颗粒实际感受到的滑移速度（使用颗粒相加权平均获得的滑移速度）存在巨大差异，因此他们利用数据分析得来的近似关系，将过滤曳力近似表示为均匀模型动量交换系数与颗粒感受滑移速度之积，并把该速度写成了uslip?与气相漂移速度ud,g=?s'ug'ˉ?sˉ(1-?sˉ)之和。在这样的变换下，原本介尺度曳力建模问题转化为具有脉动关联矩表达形式?ud,g?的建模问题，这使得空间Taylor展开、尺度相似、动态调整、梯度模型、输运方程封闭[15,?76,?85,?122,?140-141]等成熟的LES技术得以在过滤曳力建模中迁移应用。比如，Cloete等[142]的研究工作就根据Ozel等[85]对?ud,g?的空间Taylor展开，将过滤固含率梯度与过滤速度梯度之积（??gˉ??ug?）作为新状态变量加入到建模工作中。这种采用关联矩作为桥梁的方法为介尺度曳力建模开辟了一个新思路，在随后的研究中，Ozel等[143]通过细粒度数据分析发现：当?ud,g固定时，固含率方差（?s'2ˉ）仍会对曳力产生影响。为提升模型的准确性，他们将固含率方差（?s'2ˉ）也引入到介尺度曳力的表达式中。而Schneiderbauer[122]则在Hrenya等[144]的过滤曳力关于固含率、气相速度、固相速度一阶Taylor展开的基础上，依据湍流中标量与速度的协方差正比于标量方差与速度方差之积的近似关系，将过滤曳力转化为气相拟湍动能（kg=12ug'?ug'ˉ）、固相湍动能（ks=12us'?us'ˉ）、?'s2ˉ三个关联矩的表达式，通过求解这三个脉动关联矩输运方程的方式，获得曳力结果[140]，其间输运方程封闭和曳力求解还使用了动态调整技术以提升准确性[141]。另外，Chen等[76]对过滤曳力关于固含率、气相速度、固相速度进行了二阶Taylor展开，在Geldart A类颗粒流态化常见的颗粒Reynolds数区间，用理论和模拟数据分析了各个亚网格关联矩对过滤曳力的贡献程度，发现在大部分固含率区间，气相漂移速度、固相漂移速度ud,s=?g'us'ˉ?sˉ(1-?sˉ)、固含率方差和由滑移速度脉动与固含率脉动平方组成的三阶关联矩对过滤曳力影响显著，研究拟合了四种关联矩不同组合方式下的曳力表达式，并对应用效果进行了评价，给出了一种可直接应用于CFD-DEM模拟的关联矩组合形式。除了上述采用脉动关联矩为桥梁的建模方法，一些研究则专注于寻找更为有效的状态变量直接对过滤曳力进行建模，比如Jiang等[145-146]通过输运方程的平衡分析发现气相压力梯度（?pgˉ）与过滤曳力明显相关，并将?pgˉ作为一个十分有效的新状态变量引入到过滤曳力建模当中[126,?136,?145-149]；Jiang等[136,147]将当地网格周围的状态信息[138]也作为状态变量考虑到建模过程中。受状态变量与过滤曳力间复杂的非线性关系影响，状态变量越多拟合构建函数模型就越困难。为克服这一点，Jiang等[145]将机器学习方法应用到状态变量的建模分析中，以减少拟合建模过程的工作量。这一研究开启了机器学习在过滤曳力建模研究中应用的热潮[147,?149-151]，如Zhu等[150]采用人工神经网络和极限梯度提升方法对压力梯度、固含率梯度、固相类Reynolds应力这些状态变量的建模效果进行了研究，发现压力梯度确实能够明显提升模型的预测能力；Zhang等[147]采用能够考虑网格周围结构信息的卷积神经网络方法和全连接神经网络对过滤曳力进行建模研究，用卷积神经网络证明了考虑周围结构信息较全的连接神经网络在预测性能上明显提升；Ouyang等[149]采用最大互信息系数（OOxiOOl inforOOtion coefficient，MIC）对网格局部状态变量和梯度量进行了评估，综合评估了机器学习模型的先验和后验结果并认为采用局部网格固含率、滑移速度和压力梯度就能合理构建曳力模型。关于机器学习在曳力建模中的应用，朱礼涛等[152]在最近的文章中进行了详尽综述，这里不再赘述。值得一提的是，Schneiderbauer等[153-154]将近似反卷积技术应用到过滤曳力建模中，利用局部网格周围信息进行反卷积运算直接获得过滤曳力，近似反卷积过程不再需要细粒度模拟结果去拟合模型中待确定参数，形成了一种通用的建模方法。但预测结果的相对误差会随过滤尺度线性增大的特征直接OO了它能有效应用的尺度。

煤的发展史

1、煤，一种重要的能源矿产，也是冶金、化工工业的重要原料，与我们的生活密切相关。成书于约2600年前的《山海经》中已经出现了关于煤（石涅）的记载[1]，《天工开物》中更是详细记录了安全采煤的方法（图1）[2]。时至今日，煤依然是我国能源矿产最重要的组成，2012年我国原煤消费量为34亿O，占我国一次性能源消费的65%[3]。虽然，采煤和用煤的历史已经有上千年，但是人们一直不清楚煤炭是怎么形成的。随着科技的进步，特别是显微镜的出现，人们终于揭开了这个千古之谜：煤是由植物转变而来的[4]。由低等植物形成的煤称为腐泥煤，在我国俗称“石煤”；由高等植物形成的煤称为腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占绝大多数，目前开采的也主要是腐植煤。

2、在间冰期，气候温暖湿润非常适合植物生长，形成了大量的泥炭。进入冰期，气候变得干冷，两极冰川融化使海平面上升，泥炭沼泽被沉积物覆盖。随着时间的推移，沉积物越来越多，泥炭被掩埋的越来越深。泥炭上覆该层产生的热量和压力是泥炭中的水逐渐的排出，一些挥发性的气体也逐渐生成，产生褐煤，逐渐变质成烟煤和无烟煤[5-6]。从植物转变为煤经历了漫长的地质历史，成煤过程可以分成三个的阶段：泥炭化阶段、煤化阶段和变质阶段，期间经历了复杂的生物化学和物理化学作用[7-8]。

3、泥炭化阶段：成煤地质时期，由于气候条件适宜，植物种类繁多，生长迅速，它们死后即便有一部分很快腐烂，但仍有许多枝干倒伏后避免了风化作用和细菌、微生物的破坏（图2）。当时森林中不少林地是被水浸泡着的沼泽地，死亡后的植物枝干很快会下沉到稀泥中，那里实际上是一种封闭的还原环境，在这种环境中植物枝干避免了外界的破坏，并在压实作用和其它作用下缓慢地演变成泥炭。通常认为，泥炭化过程的生物化学变化大致可以分为两个阶段：第一阶段，植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，转化成简单的化合物；第二阶段，分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物[8]。

地球环境演变

1、摘要：煤是分布十分广泛的沉积矿床，控制其分布的有各种因素，如植物演化，海陆分布，海水进退，地壳运动，构造发展，古气候的分布和变化等。中国主要成煤时期为石炭-二叠纪,

2、从早古生代腐泥煤类的石煤至第四纪泥炭，共有14个聚煤期，其中最重要的聚煤期是：华北石炭－二叠纪，华南二叠纪，晚三叠纪，西北早，中侏罗世，东北晚侏罗－早白垩世，以及东北，西南及沿海第三纪，共7个主要的聚煤期。早，中侏罗世聚煤期煤炭资源量占全国总量的60%，华北石炭-二叠纪聚煤期资源量占全国资源总量的26%。

3、石炭纪是地球上最重要的聚煤期之一。早石炭世晚期以鳞木、古芦木和种子蕨类为主的植物群形成大面积的沼泽森林，华南早石炭世大圹阶自下而上可分为：旧司组、上司组和摆左组，贵州、云南的旧司组及其相当的地层中含有煤层。湖南测水组大致相当于旧司组的上段，以湘中地区煤层发育最好。浙江叶家圹组为陆生相含煤地层，依据植物化石，自下而上可分为A，B，C，D四段。其中，A段为主要含煤层段，可与韦宪阶对比：B段已相当于纳缪尔阶。由此可见，早石炭世含煤地层自西面向东北显示层位抬高的时迁现象。晚石炭世地球上出现了明显的植物地理分区，我国主要属于华夏植物地理区，称大羽羊齿植物群，由石松纲、楔叶纲、真蕨纲和O子纲等组成茂密的沼泽森林。华北地区及西北东部聚煤作用强盛，形成极为重要的含煤地层。华北石炭纪含煤地层包括中石炭世本溪组和晚石炭世太原组。其中，本溪组以辽宁本溪组发肓较全;华北聚煤盆地绝大部分属于晚石炭世太原组。太原组以山西地层剖面为代表，一般以东大窖灰岩的顶界面作为太原组与山西组的分界，太原组含重要可采煤层。太原组是一个海进沉积序列，由北而南灰岩层数增多，层位偏高，在盆地范围内最高灰岩层位并不代表时面，这就给区域地层对比和划分带来了困难。西北地区东部，在相当于西欧韦宪阶的臭牛沟组之上划分出靖远组，以与西欧的纳缪尔阶相对比，靖远组含有薄煤层。

4、二叠纪的植物群落与晚石炭世相似，但银杏、苏铁、本内苏铁、松柏类等相继出现，由于其适应能力强，植被扩展到丘陵地带和内陆干燥地区。早二叠世我国仍以华夏植物群作用强盛，适应热带、OO带雨林气候的真蕨纲、种子蕨纲特别繁茂。华北广大地区早期聚煤作用强盛，以山西组含煤地层为代表；晚期聚煤作用仅限于华北地区南部，以石盒子组含煤地层为代表。华南地区的聚煤作用东南沿海发生早，西南地区发生晚，显示由东南向西北推移扩展的趋势。晚二叠世是华夏植物群的鼎盛时期，尤以种子蕨最为繁盛，树干高大的生产科达、鳞木和皮厚且具有附生根的辉木也很发育，形成华南地区最重要的含煤地层；其晚期随着广泛的海侵，聚煤作用迁移到滇东、黔西一带。我国境内代表温带气候的安加拉植物区的代表冷温按气候的冈瓦那植物区均无重要煤层形成。