我国的能源需求一直以来持续地增加。国内主要的化石能源是煤炭资源,这是由我“富煤、贫油、少气”的现状决定的。然而,传统的煤炭利用方式面临诸多环境污染问题。因此,煤气化作为一种环境友好的洁净技术,视为未来能源利用的重要选项。煤气化工艺技术中煤炭地下气化（Underground Coal Gasification,UCG）是一项有潜力的技术。该技术能够利用现有技术无法开采或开采成本较高的煤层,并且能减少污染物的排放。许多国家都开展了该项技术的研究,包括前苏联、美国、欧盟、中国等。由于地下气化反应发生在较深煤层,调控与监测地下气化过程十分困难,因此煤炭地下气化过程数值模拟对其开发十分重要。本文重点关注开发一个基于渗流模型的煤炭地下气化数值模拟系统及其在应用方面的优化方案。本文基于FORTRAN语言开发了一套用于煤炭地下气化的数值模拟系统。煤炭地下气化过程伴随着多物理耦合现象,这使得开发应用于煤炭地下气化的模拟系统十分困难。本文讨论了煤炭地下气化物理模型的简化条件并建立了应用于煤炭地下气化的传热传质数学模型。接着讨论了数学模型的离散格式,并应用了二阶迎风格式以及二阶中心差分格式。特别地,本文推导了一个用于描述地下气化流动现象的模型,此模型基于达西渗流模型,此模型能用于渗流阶段以及燃空区形成的早期阶段。此地下气化数值模拟系统的开发是一个由简到繁的过程,首先开发了一维的数值模拟系统,此一维模拟与同等算例条件下的二维模型进行了比较。结果表明,一维模拟与二维模拟结果较为接近。因此,可通过一维模拟快速获得大量模拟结果,再通过二维模拟进一步细化。接着开发了二维纯煤焦气化模拟系统,此模拟系统与包含热解模拟的模拟系统进行了比较。结果表明,热解过程是煤炭地下气化过程的重要部分,这表明在煤炭地下气化模型简化中不可忽略热解过程。除了正向气化外,此煤炭地下气化模拟系统还被扩展模拟逆向贯通工艺的应用场景。开发的数值模拟系统与实验进行了比较,以验证模型的准确性。结果表明,温度场的模拟计算结果与实验测试结果较为接近,相对误差7.7%。火焰工作面的推进速度较为接近,模拟对比实验的结果的相对误差为-4.6%。包括H2、CO、CO₂、CH4在内的产气组分浓度也进行的比较。结果表明产气组分模拟结果也较为接近,数值模拟的结果更为理想。为了采用模拟手段指导实际工业应用过程,采用了敏感性分析方法分析影响产气出口品质的关键因素。结果表明,当鼓风量小于32 L/h时,鼓风量的变化是出口产气组分的CO浓度变化的敏感因素。压力对出口产气中CH4浓度有一定影响。进气组分中,O₂浓度对产气中CO影响很大,而进气H2O浓度的增加会在增加产气中H2浓度的同时,降低产气中CO的浓度。热解反应与气化反应活性也显示出对出口H2组分以及CO组分有一定的影响,而燃烧反应对出口组分影响可以忽略。同样的,焦产率或者煤-灰质量比对于产气组分影响甚微,这是因为煤的固相燃烧反应在煤炭地下气化中影响微弱。热解释放的气体组分含量对产气组分品质的影响较大,是重要的敏感因素。