裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型

基于复合单元法建立了裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型。该模型前处理简便快捷,网格剖分不受限制,可依据裂隙的真实信息自动将其离散在单元内。其次,采用交叉迭代算法,对裂隙岩体的渗流场和温度场进行耦合分析,耦合算法不仅考虑了温度对流体运动黏度的影响,而且可计算裂隙中流体与相邻岩块间渗流-传热过程以及两者间的渗流量和热量交换。通过与已有近似解析解相比较,验证了复合单元耦合算法的可靠性。算例分析表明,渗流-传热耦合作用对裂隙岩体的渗流场和温度场均有一定的影响。分析了不同岩块热传导系数和裂隙开度对热能提取效率的影响,结果显示,岩块热传导系数越大、裂隙开度越大,低温流体从高温岩块中吸取的热能会较多,出口处流体温度下降得较快。     

涿鹿盆地三维多裂隙地质模型地温场数值模拟

地温场预测是地热资源储量评价的重要前提,深部裂隙岩体渗流-传热耦合温度场研究正受到越来越多的关注。涿鹿盆地是新生代地堑式断陷盆地,地表温泉出露点多,地热资源丰富。依据实际地质调查结果和3条地球物理勘探测线解译的地质构造剖面,建立了矿场尺度的涿鹿盆地三维不平行多裂隙地质模型和地热成因模型,赋值调整参数,得到考虑地下水流动情况下多裂隙岩体渗流-传热数学模型,模型的合理性得到验证后,模拟计算了盆地内部温度场,指出盆地地热异常区集中在盆地中心蓟县系(70℃左右)和盆地北东长城系部位(90～98℃),最后研究分析了水力梯度的变化对盆地内部温度场的影响规律。研究结果为涿鹿盆地或同类型地区地热资源勘探、评价和开发利用提供一定的依据。     

降压开采导致天然气水合物系统状态演化模拟实验

天然气水合物是一种重要的潜在替代能源,降压法是现阶段水合物开采的首选方法。水合物降压开采涉及传热、多相渗流、分解相变和储层变形等多个相互影响的物理效应,深入理解其在降压开采过程中的演化规律,对于促进水合物开采效率、实现商业化开发具有重要的指导意义。本文基于一维实验模拟系统,开展了水合物降压开采储层多物理场演化模拟实验,在非均匀温度条件下采用过量气法合成水合物,分析了水合物非均匀性分布特征,探讨了降压过程中样品孔隙压力和温度的演化规律,对比了产气过程与传热演化过程的对应关系。结果表明:水合物合成后温度分布呈两侧高中间低的抛物线形状,水合物分布具有中间多而两侧无的非均匀性特征,且温度回升具有由两侧向中间发展的特点;降压分解产气过程与传热演化过程具有良好的对应性,稳态产气阶段由传热效应控制。控制降压模式、以对流换热替代热传导等方式有益于提升水合物开采产气效率。     

地热异常的水槽模型实验

作为地球物理场的一个分支,地温场在理论和应用研究方面与其它地球物理场一样,也主要是依靠数学方法和物理模型实验的方法来进行的。本文讨论了地热异常水槽模型实验的理论原理;介绍了实验方法技术、实验结果和实际应用效果。     

1966年云南东川6.5级地震的热异常时空结构分析

本文分析了１９６６年云南东川６．５级地震前后浅层地温异常的时空结构及降水异常的水平结构。分析表明，震前数月浅层地温稳定维持正异常，发震前一个月激剧增温，发震当月达最大，震后降低；震前震中区为负地温距平区，随发震时刻临近，负距平区迅速演变为正距平区，而且强度和面积都不断增大，至发震时达最大，震后不断减小；热异常是从深层传向地表的；震中区震前为旱区，震后为涝区。本文还讨论了震源处热信息传到地表的条件和可能机制，认为在水热活动异常的断裂带上，至少对于浅源地震，对流传热是一种较为可能的传热机制。     

波纹开缝翅片管换热器传热与流动性的数值模拟

提出一种波纹开缝翅片管换热器,对其传热与流动特性进行三维数值模拟,选择Re范围在1 000到5 000时与平板开缝翅片的模拟相比较。结果表明,在Re小于2 752时,平板开缝比波纹开缝的换热效果好,而Re大于2 752时,波纹开缝比平板开缝换热效果更好,并且波纹开缝翅片管换热器的流动阻力小于平板开缝,因此,Re大于2 752时波纹开缝比平板开缝综合效果更好。     

螺旋叶片强化中深层地热同轴换热器换热性能数值模拟

为强化同轴换热器在中深层地热开发中的传热效果,提出一种螺旋叶片形式新型地热同轴换热器。通过建立内插不同间距(d=200、150、100 mm)螺旋叶片的换热器数值模型,模拟套管中换热流体特性。结果表明：在Re=4 500～11 500的湍流状态下,螺旋叶片作为扰流元件,通过改变流体的流动形态和热边界层厚度,可以有效强化换热器的单相对流换热效果,提高开采岩土体热量的能力。随着间距减小,强化换热效果进一步增强,努赛尔数(Nu)增大。当间距d=100 mm时,强化传热效果最好,综合换热能力最强,较光滑管的Nu提高了41.05%～44.18%,传热增强因子TEF为1.16,该工作为同轴套管换热器的优化设计提供了理论基础。     

环境温度对碎石层传热特性的影响研究北大核心CSCD

碎石层的传热机理研究对寒区路基改善技术的应用以及自然界中的“异常”冻土分布的解释有着重要的意义。很多研究者曾对碎石层进行了试验研究,但试验中的温度设置并无统一标准。相较于细颗粒土,粗颗粒材料中水分的影响较小,因此在试验中的温度设置对试验的结果起到了关键作用。为了对比不同的温度设置情况对碎石传热过程的影响,以不同的顶板温度、底板温度以及环境温度进行复合,并对不同组合情况应用COMSOL软件,在考虑碎石层多孔介质传热的情况下进行模拟。结果表明:即使在保温层包裹的情况下,环境温度依然能对温度剖面以及垂直方向上的热通量产生明显的影响。当环境温度与碎石层平均温度一致时,垂直方向上的热通量达到最小值,此时换热效率最低。因此,在此后的室内碎石层试验设计中,若需减少水平方向上的热量交换带来的影响,应尽量将环境温度设置在碎石层平均温度附近。工程中可通过降低碎石层侧边界温度来增强碎石层内外的热量交换,从而增强碎石层的换热效率。     

复合填料热传导过程数值模拟

复合填料由废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯（EPS）颗粒、水泥和水按一定质量比例混合制成,具有低导热性、抗冻胀和轻质特性。根据热阻力法则和比等效导热系数相等法则,将材料视为由大量正方形单元体组成,其中心为一个球形EPS颗粒,这种单元体与总体的导热系数相等。运用AN SY S软件对复合填料单元体的传热过程进行了有限元模拟,根据瞬态法导热系数测试原理,推求不同EPS掺入比情况下的复合填料导热系数,分析EPS颗粒与导热系数的关系,发现材料导热系数随着EPS掺入比的增加而快速降低。将材料导热系数数值模拟与实测结果作比较,发现有限元模拟值与实测值接近,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的模拟。