中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能分析

为了探讨不同因素对中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能的影响,采用了一种中深层同轴套管式地埋管换热器数值模型,利用交替方向隐式法和追赶法,并结合邯郸地区现场测试数据,对该模型进行了求解.分析了环腔流体流速、管径比、内管导热系数、回填材料导热系数、岩土导热系数及井孔深度对套管换热器换热量及出口水温的影响规律.结果表明,增加环腔流体流速、减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高换热量;减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高出口水温.因此,在实际工程中,应选择高热阻的管材作为内管、选择导热系数较大的回填材料、岩土导热系数较大的地区有利于地热能开发、选择管径之比较小的套管、环腔流体流速的大小在允许范围内宜取大、较深井孔宜作为地热开采井,同时要综合考虑换热量、循环水泵功耗、钻井成本和实际负荷需求及热泵机组性能匹配.     

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。     

湿热老化后膨胀型钢结构防火涂层导热系数数值计算

通过对已有多孔材料导热系数计算模型的总结和分析,提出了湿热老化后膨胀型钢结构防火涂层导热系数的计算模型。为考察该模型的计算精度,进行了湿热老化试验及隔热性能试验,测量涂层膨胀倍率、炭化层泡孔尺寸和钢板温度等数据。结果显示,湿热老化后炭化层泡孔尺寸增大导致涂层导热系数增大,隔热性能下降,钢板温度上升。利用本文试验测量数据（泡孔尺寸）计算炭化层导热系数,再根据炭化层导热系数的数值计算结果分析钢板温度,并将钢板温度的计算结果与试验结果进行对比,两者吻合良好,验证了膨胀型防火涂层导热系数计算模型的适用性。     

滨海地区基于避咸蓄淡模式的供水安全临界流量研究——以粤港澳大湾区珠澳供水为例

枯水期咸潮入侵已经严重威胁到了感潮河流区域供水安全.本文通过构建避咸蓄淡供水模型,耦合了咸度预测、河库联合供水调度和供水安全分析模块,为依赖感潮河流为水源地的区域供水安全管理提供了一种整体思路和决策方法.以面向粤港澳大湾区珠海东部及澳门的珠江三角洲磨刀门水道取供水为例,基于潮汐、径流和风等因子及咸度实测数据,较好地拟合了基于BP神经网络的咸度预测模型,及含氯度与超标时间的曲线函数,建立了上游来水和咸度超标时间之间的联系,得到了避咸蓄淡取水时机.咸度预测与当地河库联合供水调度相结合,得到了上游枯水期来水过程的当地区域供需平衡状况.枯水期不考虑水库调蓄的资源性缺水临界需水量为3.22亿m³,水库参与调蓄的工程性缺水临界需水量为3.75亿m³.通过供水安全分析模块,基于设定的风险阈值和临界阈值识别出了不同需水规模的上游来水临界流量特征.对于当地规划的需水规模4.23亿m³,期望上游枯水期临界流量均值约为3372 m³/s.整体上来说,需水规模越大,对上游来水期望的临界流量越大,但同时还与枯水期流量分布有关.     

埋地管线-土横向动力相互作用等效弹簧系数解析解

基于一维柱面弹性波动理论,推导了埋地管线-土横向动力相互作用等效弹簧系数解析表达式,并对该表达式的影响因素,诸如频率(ω)、管线埋深(d)、管线半径(b)、场地波速(VP)、泊松比(μ)的影响程度进行了分析。分析结果表明,无量纲频率bω/VP取较小值时(<0.1),弹簧系数取值随着管线埋深与管线半径之比γ的增加而增大,但总是限制在2.0G～4.0G(G为土体剪切模量)之间,且泊松比对其影响很小,对于工程实际情况,弹簧系数可在该范围内取值。     

基于长短记忆模型的鄱阳湖流域径流模拟及其演变的归因分析

气候变化和人类活动直接或间接的影响着全球和区域水文循环过程,是导致水文水资源时空分布的主要因素,同时也是流域-湖泊水文情势变化的根本原因.本文基于长短记忆模型构建了鄱阳湖气象-径流模型,同时引入了基准期的概念,定量区分了导致鄱阳湖流域径流变化的主要影响因素.研究结果表明:在同时考虑计算效率和模拟效果的前提下,采用10 d预测窗口大小来构建鄱阳湖气象-径流模型能够很好地捕捉径流的极值,并且对径流的短期波动也能有很好的体现.训练期模型在各个子流域的纳什效率系数均高于0.94,而在验证期,模型在各个子流域的纳什效率系数均高于0.90.基于径流模拟结果,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖径流的影响,研究结果显示:人类活动对径流的影响主要发生在春、秋季,其中,人类活动在春季主要会造成径流的增加,平均增加幅度约为139.47 m³/s,而在秋、冬季,人类活动则会导致径流平均减少约34.37 m³/s.对比二者的相对贡献率,可以发现,春季人类活动对径流造成的影响较大,平均相对贡献率为77.26%.而在其余季节,鄱阳湖流域径流过程的改变主要是由于气候变化,平均相对贡献率约75.84%.研究结果能够为鄱阳湖流域水资源管理提供科学依据和理论指导.     

井下地电阻率观测影响系数分析——以江宁地震台为例

采用水平层状均匀介质中点电源位于任意深度时的电位解析表达式,以江宁台3层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测时各层影响系数随深度、极距的变化,并结合探测深度探讨了实施井下观测时影响系数在选择供电极距和电极埋深时的作用。结果表明,对于"K"型电性结构,江宁台井下观测对地表、浅层干扰有较强的抑制作用,其短极距观测对地表、浅层干扰的抑制能力显著优于长极距观测;长极距观测在电极埋深H小于100m时对地表介质季节性的干扰具有放大作用;浅层影响系数一定时,电极埋深和供电极距需同时增加;江宁台井下观测供电极距AB/2取100～150m、电极埋深H为250m较为合理。     

沙漠陆面过程参数化与模拟

沙漠地区植被稀疏、干旱少雨,其陆面物理过程具有与全球其它地区显著不同的特点.本文利用巴丹吉林沙漠观测资料,分析和计算了地表反照率、比辐射率、粗糙度和土壤热容量、热传导系数等关键陆面过程参数,建立了适合于沙漠地区的陆面过程模式DLSM (Desert Land Surface Model),并与NOAH陆面过程模式的模拟结果和观测资料进行了比较.结果表明:巴丹吉林沙漠地表反照率为0.273,比辐射率为0.950,地表粗糙度为1.55×10^-3 m,土壤热容量和热扩散系数分别为1.08×10⁶ J·m^-3·K^-1和3.34×10^-7 m²·s.辐射传输、感热输送和土壤热传导过程是影响沙漠地区地表能量平衡的主要物理过程.通过对这三种过程的准确模拟检验,DLSM能够较准确地模拟巴丹吉林沙漠地气能量交换特征;短波辐射、长波辐射和感热通量的模拟结果与观测值间的标准差分别为7.98,6.14,33.9 W·m^-2,与NOAH陆面过程模式的7.98,7.72,46.6 W·m^-2的结果接近.地表反照率是沙漠地区最重要的陆面过程参数,地表反照率增大5%,向上短波辐射通量随之增加5%,感热通量则减小2.8%.本文研究结果对丰富陆面过程参数化方案,改进全球陆面过程模式、气候模式具有参考意义.     

建筑用玻化微珠保温混凝土剪力墙抗震结构设计

传统方法主要通过导热系数低的材料和增加墙体厚度来达到抗震效果。该方法不仅浪费能源而且抗震性能较差,因此对建筑用玻化微珠保温混凝土剪力墙抗震结构进行设计,构建玻化微珠保温混凝土本构模型,获得与抗震结构相关的理论数据。根据所获取的数据,选择板壳单元SHELL63作为玻化微珠保温混凝土剪力墙抗震结构单元。依据抗震结构材料参数以及抗震结构单元,采用ANSYS软件模拟构建玻化微珠保温混凝土剪力墙抗震结构。分析实验结果可知,所设计建筑节能抗震结构的抗震性能较好,实际运用价值高。     

中深层相变取热系统中携液问题的数值研究

针对中深层相变取热系统存在的携液问题，通过数值方法，研究了液态CO₂在蒸发段的相变过程，分析了产生携液问题的原因，同时分析了进口流速、管内压力、热储层温度对蒸发率和携带率的影响.结果表明：管内液体呈液滴状分布在管中，一部分液滴随气体携带出系统，另一部分液滴回落井底形成液池.管内气体温度从井底到出口先升高后下降.气体压力相差较小，但在6～8 m的管段存在较高压力.积液质量随时间增长逐渐稳定，但被携带出去的液体质量将不断升高.蒸发段的取热效率和出口温度在系统运行初期存在峰值.通过研究，采用较低的入口流速，能够明显改善携液情况.当热储层温度为105℃时，进口流速为0.05 m/s和0.45 m/s,管内压力应当分别控制在6.7 MPa和4.7 MPa,对改善蒸发和携液情况更有利.当管内压力为3.7 MPa时，进口流速为0.05 m/s和0.45 m/s,携液问题最小时的井底温度分别为145℃和125℃.     

新疆东准噶尔花岗岩类岩石高温高压弹性波速度及其对地壳结构的约束

应用超声波反射-透射法,在最高压力为1.0 GPa（室温）,最高温度为700℃（1.0 GPa）的条件下对新疆东准噶尔地区的卡拉麦里花岗岩带和野马泉岩体的典型花岗岩类岩石（碱长花岗岩、碱性花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和石英闪长岩）的纵波速度（V_P）和横波速度（V_S）进行了测量.结果显示,在常温、压力0.4~1.0 GPa条件下,东准噶尔地区花岗岩类岩石的V_P和V_S均随压力呈线性增加,说明在这个压力段岩石中的微裂隙已基本闭合.室温、1.0 GPa时花岗岩类岩石的V_P是5.79~6.84 km·s^-1,V_S是3.26~3.85 km·s^-1.依据压力与V_P及压力与V_S的线性关系,拟合得到常温常压下花岗岩类岩石的纵波和横波压力系数分别是0.1568~0.4078 km/（s·GPa）和0.0722~0.3271 km/（s·GPa）,V_P0和V_S0分别是5.62~6.47 km·s^-1和3.15~3.75 km·s^-1.恒压1.0 GPa、室温到700℃条件下,花岗岩类岩石的V_P和V_S均随温度的升高呈线性降低,温度系数分别为（-3.41~-4.96）×10^-4 km/（s·℃）和（-0.88~-3.22）×10^-4 km/（s·℃）.利用实验获得的花岗岩类岩石的V_P0、V_S0及温度系数和压力系数,结合东准噶尔地区的地热资料,建立了V_P和V_S随深度变化的剖面.将获得的V_P和V_S-深度剖面与该区地球物理探测结果对比,发现东准噶尔地区的碱长花岗岩、碱性花岗岩、二长花岗岩和部分花岗闪长岩的V_P和V_S与该区上地壳速度吻合很好,同时这几种岩石的平均泊松比也与上地壳泊松比一致,因此我们认为这几种类型的岩石是该区上地壳的重要组成部分.另外,石英闪长岩的V_P和V_S均符合中地壳的速度,可能为中地壳中的一种岩石.     

利用自然伽马测井计算准噶尔盆地沉积层生热率及其热流贡献

沉积层放射性生热的热流贡献（沉积层热流）是沉积盆地大地热流的重要组成部分,能够有效促进中国西部“冷”盆深层-超深层烃源岩的增温和热演化.本文利用不同的自然伽马（GR）-生热率（A）经验关系式分别计算了准噶尔盆地不同构造单元16口钻孔共6120个沉积层生热率,通过与实测生热率的统计对比,确定了适用于研究区的GR-A经验关系,建立了准噶尔盆地地层生热率柱,据此计算了研究区沉积层热流贡献,并以盆参2井为例定量分析了沉积层热流的增温效应.结果表明,准噶尔盆地沉积层平均生热率为1.179±0.339 μW·m^-3,总体上随着时代变老,沉积层生热率呈现出递减趋势.准噶尔盆地沉积层热流平均为7.9±4.9 mW·m^-2,约占地壳热流的29.2%和大地热流的19.6%,区域上与盆地沉积层厚度大体一致,表现为中央坳陷最高,北天山山前冲断带变化较大,陆梁隆起和西部隆起次之,东部隆起和乌伦古坳陷最低.沉积层热流能够有效增高深层—超深层烃源层受热温度,促进有机质热演化,如在考虑和忽略沉积层生热的两种情况下计算的盆参2井下侏罗统三工河组烃源岩底部（5300 m）温度差异最大为7.3 ℃,这显然对于地温梯度小、主体油气藏埋深大的准噶尔盆地油气资源评价和勘探目标优选具有重要意义.     

用宏观方法测定震源深度的量版

根据常用公式 h=Δ_i/10^{（I₀-I_i）/s}-1^1/2, 式中h为震源深度,Δ_i为烈度为I_i的等震綫半径,I₀为震中烈度,S为一系数;取（1）式的对数得 logh=logΔ_i-1/2log[10^{（I₀-I_i）/s}-1], 按（2）式可以作成一量版,以同时測定h和s。利用这个量版測定了19个中国地震的s和h,結合文献[4]的資料,指出中国东部的s系数比西部的偏低;且当深度加大时,s系数加大。采用文献[1,5]的資料測定了61个地震的s系数,結果表明s的数值随深度的增加而加大,占与低速层的关系并不明显。     

平顶山矿区地热地质条件及其成因分析

地热资源作为清洁可再生能源之一,合理的开发地热能有助于国家“双碳”目标的实现,而正确认识区域地热地质条件及其成因是地热资源开发利用的前提.平顶山矿区位于构造隆起区且区内岩溶含水层广泛发育,基岩起伏产生的热折射效应及岩溶层内地下水对流共同造成该区浅表存在温度异常,沉积盖层段的地温梯度值高达45.0℃/km.本文以7口钻井测温曲线和254块样品热物性资料为基础,分析了该区地温场特征,并结合区域典型地层剖面,对岩溶层内流体对流对地层温度影响的开展水热耦合研究,并通过热模拟分析构造界面两侧热物性差异产生的热流侧向汇聚作用对浅表聚热的作用大小.结果表明：平顶山矿区地温梯度值范围在8.0～66.9℃/km之间,对应的热流值范为31.0～135.0 mW/m²,且地温场分布呈明显的分带性,构造凸起区相对于四周凹陷区地层温度、地温梯度、热流值较高;水热耦合模拟显示,在补给区,随着冷水沿着地表出露的岩溶含水层的不断下渗,地层温度越来越低,在排泄区,补给区冷水经过深部循环加热后向上排泄,进而加热周边岩层;其次,导水断裂可以深刻改变地层温度场的分布,是地层温度下降或上升的分界线;基岩起...     

TOGA-COARE IOP期间的海气通量观测结果

在TOGA－COAREIOP期间用涡度相关法对海气热通量进行了船载直接观测．对垂直风速、温度和湿度湍流脉动观测数据的谱分析显示它们在高频区基本满足"－2／3次方律"．对船体简谐震荡影响的讨论从理论上证明该影响在热通量计算中可被忽略．根据以此方法得到的通量求出了中性层结条件下感热和潜热的整体输送系数分别为2．25×10^－3和1．26×10^－3．对海气边界层特性的分析表明该海域的近海层主要呈中性或弱不稳定层结．海气通量的变化与背景环流形势密切相关,潜热通量主要受海面风场强度的影响,而感热通量变化除了风场的影响外,层结变化也是一个重要因素．用整体输送法计算TOGA－COAREIOP期间以及TOGA期间8个航次的通量结果而得到的Bowen比约为0．1,显示潜热通量是暖池大气的主要热源．     

末次冰期以来印尼穿越流对东亚季风变迁和ENSO活动的响应

印尼穿越流连接西太平洋和印度洋,调节这两个大洋之间的热量和水汽的交换,继而在全球气候变化中扮演着重要的角色．印尼穿越流的通量、水体性质和垂向分层受东亚季风和厄尔尼诺．南方涛动（El Nino-Southern Oscillation,ENSO）等气候现象强烈影响．本文研究了钻取于帝汶海区印尼穿越流出口处S018462孔的沉积物,分析浮游有孔虫表层水种和温跃层水种壳体的氧同位素和Mg／Ca比值,恢复了末次冰期以来印尼穿越流表层水和温跃层水的温度和盐度以及垂向温度梯度的变化,并与钻取于西太平洋暖池中心的3cBX孔记录进行了对比．结果显示,末次冰期时帝汶海与西太平洋暖池的表层海水性质几乎一致,自大约16ka以来帝汶海相对暖池的表层海水淡化显著,但二者之间的温度差异变化不大．冰消期时,帝汶海和暖池温跃层海水温度均呈现升高趋势,在大约11．5ka达到峰值;之后,暖池中心的温跃层海水温度总体维持不变,而帝汶海的温跃层海水温度逐渐降低;6ka以来,帝汶海和暖池温跃层海水性质总体趋于一致．上述结果表明,早全新世（11．5—6ka）,类拉尼娜状态以及东亚夏季风降水的增加,使得区域内表层海水盐度降低,抑制了印尼穿越流表层流,导致温跃层流加强．6ka以来,除了东亚冬季风影响下最终造成帝汶海温跃层变浅外,ENSO的频繁活动也可能是重要的影响因素．     

锆石He扩散行为:FCT锆石扩散实验的制约

为了更好地理解锆石(U-Th)/He定年技术及应用潜力,文章基于热活化扩散过程原理,通过高精度分步加热实验研究锆石He的扩散特征,分析锆石He扩散动力学参数、封闭温度(Tc)、部分保留区(PRZ)及(U-Th)/He年龄等. FCT锆石标样循环分步加热扩散实验获取扩散系数ln(D/a2)与温度倒数呈负相关,遵从期望的热活化扩散过程(Arrhenius方程).锆石He扩散活化能(Ea)分布在144～184kJ mol^-1,平均值为(169±12)kJ mol^-1,(U-Th)/He封闭温度介于144～216℃(冷却速率为10℃Ma-1,半径为38～60μm),平均值为(176±18)℃.锆石He封闭温度随着冷却速率的增大而增加,缓慢冷却时(冷却速率为0.1℃Ma-1),平均值为～136℃;快速冷却时(冷却速率为100℃Ma-1),平均值为～199℃.当冷却速率不变时, He封闭温度随锆石半径增大而增加,对于快速冷却的FCT锆石,年龄受半径大小影响不明显. He保存或者重置与温度和时间条件密切相关,部分保留区温度窗口随持续时间的增加逐渐减小.测试26粒FCT锆石(U-Th)/He年龄的几何平均值为(28.38±0.34)Ma(S.E.),与国内外实验室测试年龄(28.4±1.9Ma)一致. FCT锆石(U-Th)/He年龄较年轻,具有较好的重现性,锆石形成后快速冷却,具有低剂量的辐射损伤,且FCT锆石He年龄与eU没有明显的相关性,表明辐射损伤对He年龄及扩散动力学的影响不明显.     

端部加强型双重钢管防屈曲支撑试验研究

为了研究端部加强型双重钢管防屈曲支撑的力学性能,检验间隙及约束比变化对支撑性能的影响,设计并制作了6个防屈曲支撑试件,通过低周循环加载静力试验,研究了力-位移滞回曲线、恢复力模型、割线刚度变化规律、粘滞等效阻尼比、耗能系数等滞回性能,并比较研究了间隙及约束比变化对防屈曲支撑性能的影响.研究表明:端部加强型双重钢管防屈曲支撑性能稳定,延性较高,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳特性,其恢复力特性可以采用双线性模型进行描述;间隙应控制在合理的范围内,大于2mm或为0mm时均不利于内核钢管材料强度的发挥,影响支撑的耗能及延性;随着约束比的增大,耗能能力增强,但增加的幅度变小,在满足约束比限值情况下,约束比的变化对支撑的性能不产生明显的影响.     

地热深井生产过程的井筒传热数值模拟

从地热储层中提取热流体的过程中,在井筒流体与周围地层之间存在着热量交换,使得热流温度发生着变化,为探究流体在生产井中的热量损失过程,本文的目的 是开发一种可靠的数值模型用以说明地热井在生产过程中的流动与换热问题,在此选取COMSOL Multiphysics建立了仿真模型,并对模拟结果进行了解析验证.井筒热量损失的表征要素除了温度以外,热损失功率也起着至关重要的作用,为了全面评价地热生产井的热能损失,故对井口水温及热损失功率两项评价指标进行研究,分析得出水的操作参数及环空热导率变化对井筒热损失的影响.研究结果表明:(1)数值模拟中应用TD代数表达式的连续形式与解析模型中应用Ramey定义的f(t)不连续函数表达式进行热流温度的求解时,对于较长的生产时间,数值解与解析解吻合良好.(2)井底水温的线性变化也将带来井口水温和井筒热损失功率的线性变化,井口水温和井筒热损失功率随井底水温的变化直线斜率随时间的增加略有减小,纵截距也略有减小,说明时间越长,井口温度升高的越慢,井筒热损失功率增大的越小,系统越趋于稳定状态.(3)增量为10 kg/s的采出流量与增量为10℃的井底水温相比,对井口水温的升高及热损失功率的减小影响程度均相应减弱,最终也将趋于稳定状态.(4)环空热导率对井口水温和井筒热损失功率的影响呈现相反的效应,即环空热导率增大井口水温降低,井筒热损失功率增大.结论 认为,综合考虑热流温度及井筒热损失功率两项指标对于高效地热能开采,提高热能利用率等方面具有重要意义,并可全面评价井筒的热量损失大小,为地热能开发提供可靠理论依据.     

粗糙单裂隙换热特征及全局灵敏度分析研究

干热岩开采时,往往需要借助于压裂手段对储层改造形成换热通道,因此,热储裂隙中的对流换热过程对干热岩采热有重要影响．借助于巴西劈裂试验得到粗糙单裂隙,利用三维激光扫描仪扫描裂隙面得到裂隙的点云数据,经处理之后导入至COMSOL Multiphysics数值模拟软件,建立二维粗糙单裂隙对流换热模型,分析其对流换热特性并开展Morris全局灵敏度分析．结果表明：出口温度和平均对流换热系数随粗糙度增加而增加．局部对流换热系数与裂隙起伏度和波动程度呈强相关性,局部粗糙度较高,换热效率可有效得到提高．在裂隙开度较大（大于40μm）或初始流速较高（大于50 mm/s）时,平均和局部对流换热系数在粗糙度越高时增幅越明显．体积流速与裂隙起伏度有强相关性,起伏度越大的位置对应体积流速越大．压力差随着粗糙度的增大而平缓增加．裂隙开度、初始流速、流体比热容和岩石热导率是花岗岩粗糙单裂隙对流换热过程中的灵敏参数,这些参数对模型的换热效率影响较大,并且与其他参数的相互作用也越强．该研究能够揭示流体在粗糙裂隙中的换热特征,并且找到影响对流换热的主控因素,为增强型地热系统优化设计提供科学依据．