作者：刘曰武，方慧军，李龙龙，葛腾泽，郑太毅，刘丹路，丁玖阁
作者单位：中国科学院力学研究所；中国科学院大学工程科学学院；煤层气国家工程研究中心有限责任公司；中石油煤层气有限责任公司
煤炭资源的清洁高效利用已成为“双碳”背景下科学研究的重要方向和新课题。在众多相关技术中，煤炭地下气化技术近年来得到快速发展并展现出巨大潜力。然而，由于室内实验和现场试验的实施成本非常高，气化机理认识和控制运行工艺优化方面的研究受到很大限制。
近年来，运行成本低、操作简单、实施周期短的数值模拟方法成为重要的研究工具，得到越来越多的关注。由于煤炭地下气化过程极其复杂，数值模拟方法在数学建模和数值求解方面均面临巨大挑战。
对此，中科院力学研究所联合中石油煤层气有限公司科研人员开展了以下工作：对煤炭地下气化过程进行了详细分析，阐明各个运行空间的物质和关键问题，厘清煤炭地下气化的本质；归纳出流体动力学问题、热力学问题、材料应力问题以及化学反应动力学问题等4类关键力学问题。详细介绍每个关键力学问题数值研究的最新成果和发展历程；介绍煤炭地下气化数值研究的工程应用，并指出其发展趋势。研究工作对推动煤炭地下气化数值方法的发展以及指导我国煤炭地下气化先导试验设计和现场实施有积极的理论意义。
亮点论述：
煤炭地下气化数值研究的发展趋势
受限于目前的数值计算方法和计算水平，研究所介绍的一系列最新模型并不能全面应用于数值模拟，需要根据具体研究问题忽略或简化处理某些模型。在广泛调研和深入分析的基础上，笔者认为煤炭地下气化数值研究的发展趋势如下：
（1）开展室内实验和现场先导试验，深化对煤炭地下气化过程的认识，进一步明确各个运行空间的气化机理、气化腔扩展规律、边壁裂缝发育状况及其对流体流动规律的影响等，在此基础上细化和完善单一模型，提高每种模型的准确性；
（2）针对实际问题进行数学建模时，采用最新模型并增加耦合模型的个数，实现数学模型对研究问题的全面描述，保证受力、流动、材料变形以及物化反应全面耦合条件下真实物理过程的仿真；
（3）针对煤炭地下气化数值模拟中的 THMC 耦合问题，研究先进的耦合算法以提高数值计算的稳定性和收敛性，研制高性能数值模拟软件。
煤炭地下气化过程中运行空间划分及每个运行空间内的物质
