【摘要】：核廢物地質(zhì)處置、地熱開發(fā)、石油開采等工程領(lǐng)域都可能涉及稀疏裂隙巖體中的水流-傳熱過程�，F(xiàn)有的裂隙巖體水流-傳熱理論模型和計算方法基本上都是以平行光滑壁面裂隙模型為基礎(chǔ)的,沒有考慮裂隙的壁面局部接觸對水流、水-巖熱交換以及巖體傳熱的影響。針對粗糙壁面裂隙水流過程,闡述了基于Stokes方程的Reynolds潤滑方程及Hele-Shaw裂隙模型,采用MATLAB軟件中的PDE工具求解,并與Walsh的等效水力開度公式進行對比;分析壁面局部接觸裂隙水流-傳熱與填充裂隙水流-傳熱的相似性,提出了瞬時局部熱平衡假設(shè)的適用條件,并在裂隙局部接觸體傳熱滿足Biot數(shù)條件的前提下,計算分析裂隙局部接觸體與水流之間的局部熱平衡時間及其影響因素;在裂隙局部接觸體與水流之間滿足瞬時熱平衡假設(shè)的前提下,利用填充裂隙水流-傳熱的解析解,計算了壁面局部接觸裂隙水及兩側(cè)巖石的溫度分布,并分析了裂隙局部接觸面積率、裂隙開度、裂隙水平均流速對巖石溫度和裂隙水溫度的影響特征,結(jié)果表明:(1)在設(shè)定條件下,由于裂隙局部接觸體與裂隙水流之間的熱交換,裂隙水流對其兩側(cè)巖石溫度的影響范圍隨接觸面積率的增大而減小,裂隙兩側(cè)巖石對裂隙水流溫度的影響程度隨接觸面積率的增大而增大;(2)裂隙開度和裂隙水流速對巖石溫度和裂隙水溫度的影響方式的影響是一致的,即由于裂隙水流量隨裂隙開度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙水流對其兩側(cè)巖石溫度的影響范圍隨裂隙開度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙兩側(cè)巖石對裂隙水流溫度的影響程度隨裂隙開度和裂隙水流速的增大而減小。
[Abstract]:Geological disposal of nuclear waste, geothermal development, oil exploitation and other engineering fields may involve the flow-heat transfer process in sparse cracked rock mass. The existing theoretical models and calculation methods of flow-heat transfer in cracked rock mass are basically based on the parallel smooth wall crack model, without considering the influence of local contact of crack wall on water flow, water-rock heat exchange and heat transfer of rock mass. Aiming at the flow process of cracks on rough wall, the Reynolds lubrication equation and Hele-Shaw fracture model based on Stokes equation are described, which are solved by PDE tool in MATLAB software and compared with the equivalent hydraulic opening formula of Walsh. This paper analyzes the similarity between the flow-heat transfer of the local contact crack on the wall and the flow-heat transfer of the filling crack, and puts forward the applicable conditions of the instantaneous local heat balance hypothesis. On the premise that the heat transfer of the local contact body satisfies the Biot number condition, the local heat balance time between the local contact body and the water flow and its influencing factors are calculated and analyzed. On the premise that the instantaneous heat balance between the local contact body and the water flow is satisfied, the temperature distribution of the local contact crack water on the wall and the rocks on both sides is calculated by using the analytical solution of filling the crack flow and heat transfer, and the influence characteristics of the local contact area ratio, the crack opening and the average velocity of the crack water on the rock temperature and the crack water temperature are analyzed. The results show that: (1) under the set conditions, Due to the heat exchange between the local contact body and the fracture flow, the influence range of the crack flow on the rock temperature on both sides of the crack decreases with the increase of the contact area accumulation rate, and the influence degree of the rock on the crack flow temperature increases with the increase of the contact area accumulation rate. (2) the influence of fracture opening and fracture water velocity on rock temperature and fracture water temperature is consistent, that is to say, the influence range of fracture water flow on rock temperature on both sides increases with the increase of fracture opening and fracture water velocity, that is, the influence range of fracture water flow on rock temperature increases with the increase of fracture opening and fracture water velocity. The influence of rock on fracture flow temperature on both sides of fracture decreases with the increase of fracture opening and fracture water velocity.
【作者單位】： 北京交通大學土木工程學院
【基金】：高等學校博士學科點專項科研基金(No.20120009110022) 國家自然科學基金(No.50778014,No.51378055)
【分類號】：TU452

【參考文獻】

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【共引文獻】

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本文編號：2524990