当前位置:主页 > 科技论文 > 施工技术论文 >

壁面局部接触裂隙岩体水流-传热的一种理论模型及计算分析

发布时间:2019-08-09 20:42
【摘要】:核废物地质处置、地热开发、石油开采等工程领域都可能涉及稀疏裂隙岩体中的水流-传热过程。现有的裂隙岩体水流-传热理论模型和计算方法基本上都是以平行光滑壁面裂隙模型为基础的,没有考虑裂隙的壁面局部接触对水流、水-岩热交换以及岩体传热的影响。针对粗糙壁面裂隙水流过程,阐述了基于Stokes方程的Reynolds润滑方程及Hele-Shaw裂隙模型,采用MATLAB软件中的PDE工具求解,并与Walsh的等效水力开度公式进行对比;分析壁面局部接触裂隙水流-传热与填充裂隙水流-传热的相似性,提出了瞬时局部热平衡假设的适用条件,并在裂隙局部接触体传热满足Biot数条件的前提下,计算分析裂隙局部接触体与水流之间的局部热平衡时间及其影响因素;在裂隙局部接触体与水流之间满足瞬时热平衡假设的前提下,利用填充裂隙水流-传热的解析解,计算了壁面局部接触裂隙水及两侧岩石的温度分布,并分析了裂隙局部接触面积率、裂隙开度、裂隙水平均流速对岩石温度和裂隙水温度的影响特征,结果表明:(1)在设定条件下,由于裂隙局部接触体与裂隙水流之间的热交换,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随接触面积率的增大而减小,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随接触面积率的增大而增大;(2)裂隙开度和裂隙水流速对岩石温度和裂隙水温度的影响方式的影响是一致的,即由于裂隙水流量随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随裂隙开度和裂隙水流速的增大而减小。
[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.
【作者单位】: 北京交通大学土木工程学院
【基金】:高等学校博士学科点专项科研基金(No.20120009110022) 国家自然科学基金(No.50778014,No.51378055)
【分类号】:TU452

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 张勇;项彦勇;;分布热源作用下单裂隙岩体三维水流-传热的半解析计算方法[J];岩土力学;2013年03期

2 张勇;项彦勇;;无界域一维热平流热传导问题的解析人工边界条件[J];北京交通大学学报;2013年01期

3 项彦勇;郭家奇;;分布热源作用下裂隙岩体渗流-传热的拉氏变换-格林函数半解析计算方法[J];岩土力学;2011年02期

4 熊祥斌;李博;蒋宇静;张楚汉;;剪切条件下单裂隙渗流机制试验及三维数值分析研究[J];岩石力学与工程学报;2010年11期

5 詹美礼,速宝玉;接触型裂隙水力等效张开度研究[J];岩土力学;1997年01期

6 周创兵,熊文林;岩石节理的渗流广义立方定理[J];岩土力学;1996年04期

7 张奇;平面裂隙接触面积对裂隙渗透性的影响[J];河海大学学报;1994年02期

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 张勇;刘晓丽;满轲;;核废料处置库近场岩石热应力半解析方法研究[J];地下空间与工程学报;2018年03期

2 曹成;柴军瑞;覃源;许增光;谈然;;结构面破坏时单裂隙变形及渗流规律研究[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2018年09期

3 张燕;周轩;叶剑红;;大开度裂隙网络内非线性两相渗流的数值研究[J];岩石力学与工程学报;2018年04期

4 朱红光;易成;马宏强;张宇婷;苏振晋;褚震;谢和平;;几何粗糙对岩体裂隙非线性流动的影响机制[J];煤炭学报;2017年11期

5 张文泉;袁久党;王忠昶;朱纪明;;采动裂隙岩体压剪渗透规律试验研究[J];岩土力学;2017年09期

6 罗吉鹏;柴军瑞;许增光;覃源;;单裂隙辐射流渗流试验研究[J];水资源与水工程学报;2017年03期

7 盛金昌;张肖肖;贾春兰;杜昀宸;周庆;詹美礼;罗玉龙;何淑媛;;温变条件下石灰岩裂隙渗透特性实验研究[J];岩石力学与工程学报;2017年08期

8 李术才;郑卓;刘人太;王晓晨;张连震;王洪波;;考虑浆 岩耦合效应的微裂隙注浆扩散机制分析[J];岩石力学与工程学报;2017年04期

9 张勇;项彦勇;;饱和稀疏裂隙岩体三维水流-传热过程中位移和应力的一种半解析计算方法[J];岩土力学;2016年12期

10 刘日成;李博;蒋宇静;蔚立元;;三维交叉裂隙渗流特性的实验和数值模拟研究[J];岩石力学与工程学报;2016年S2期

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 项彦勇;郭家奇;;分布热源作用下裂隙岩体渗流-传热的拉氏变换-格林函数半解析计算方法[J];岩土力学;2011年02期

2 冯绍元;高光耀;霍再林;詹红兵;;考虑弥散尺度效应的抽水井附近溶质运移模型及半解析解[J];水利学报;2010年09期

3 张玉军;;核废物地质处置模型试验近场热-水-应力耦合数值模拟[J];岩土力学;2007年12期

4 项彦勇,姬永红;变饱和裂隙多孔介质的双渗透率数值模型与参数分析[J];土木工程学报;2005年06期

5 项彦勇;模拟裂隙多孔介质中变饱和渗流的广义等效连续体方法[J];岩土力学;2005年05期

6 项彦勇;裂隙岩体中非饱和渗流与运移的概念模型及数值模拟[J];工程地质学报;2002年02期

7 郑少河,赵阳升,段康廉;三维应力作用下天然裂隙渗流规律的实验研究[J];岩石力学与工程学报;1999年02期

8 速宝玉,詹美礼,赵坚;仿天然岩体裂隙渗流的实验研究[J];岩土工程学报;1995年05期

9 速宝玉,詹美礼,张祝添;充填裂隙渗流特性实验研究[J];岩土力学;1994年04期

10 速宝玉,詹美礼,,赵坚;光滑裂隙水流模型实验及其机理初探[J];水利学报;1994年05期

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 项彦勇;任鹏;;壁面局部接触裂隙岩体水流-传热的一种理论模型及计算分析[J];岩土力学;2014年10期

2 何亚辉;;裂隙岩体非双重介质渗流模型研究现状[J];城市地理;2017年16期

3 蔡耀军;裂隙岩体三维空间非均质各向异性渗透性评价[J];地质科技情报;1989年02期

4 舒杨;吴继敏;岳翎;刘佳明;乐慧琳;;基于颗粒流数值模拟的交叉裂隙岩体剪切力学特征研究[J];水电能源科学;2017年01期

5 韩杨;高新强;张亚鹏;;垂直交叉裂隙岩体渗透系数与裂隙特征关系试验研究[J];河南城建学院学报;2016年06期

6 夏季;王环玲;徐卫亚;巢志明;赵恺;;含密实填充物的平行双裂隙岩体模型渗透特性试验研究[J];水电能源科学;2017年06期

7 舒杨;吴继敏;岳翎;刘佳明;乐慧琳;;直剪条件下单裂隙岩体力学行为数值模拟试验[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2016年05期

8 王昆;赵光明;孟祥瑞;张小波;马文伟;;含水裂隙岩体本构模型及数值模型理论研究[J];地下空间与工程学报;2015年04期

9 韩建新;李术才;李树忱;仝兴华;李文婷;;多组贯穿裂隙岩体变形特性研究[J];岩石力学与工程学报;2011年S1期

10 张志强;;非贯通裂隙岩体破坏细观特征及其宏观力学参数确定方法[J];岩石力学与工程学报;2009年09期

相关会议论文 前10条

1 梁作景;;坚硬裂隙岩体中洞库的锚喷支护[A];地下工程经验交流会论文选集[C];1982年

2 张国新;;用多裂隙理论研究多裂隙岩体的破坏特性[A];水电与矿业工程中的岩石力学问题——中国北方岩石力学与工程应用学术会议文集[C];1991年

3 付永胜;魏安;李隽蓬;;非贯通裂隙岩体裂纹扩展规律及破坏机制[A];第四届全国工程地质大会论文选集(二)[C];1992年

4 蒋爵光;凌建明;;非贯通裂隙岩体的损伤模型及其强度预测[A];岩土力学数值方法的工程应用——第二届全国岩石力学数值计算与模型实验学术研讨会论文集[C];1990年

5 隋旺华;屈浩;高岳;;基于透明介质的裂隙岩体注浆试验初探[A];中国地质学会2015学术年会论文摘要汇编(中册)[C];2015年

6 李新平;朱维申;;裂隙岩体的损伤断裂模型与强度特性分析[A];岩石力学测试技术及高边坡稳定性——第二次湖北省暨武汉岩石力学与工程学术会议论文集[C];1990年

7 刘东燕;刘东升;;含裂隙岩体抗压强度的理论探讨[A];重庆岩石力学与工程学会第一届学术讨论会论文集[C];1992年

8 王臻;戴瑛;;非连通裂隙对裂隙岩体溶质传输的影响研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

9 李凯;刘红岩;侯思雨;李俊峰;;非贯通裂隙岩体单轴压缩损伤本构模型[A];《工业建筑》2017年增刊III[C];2017年

10 徐靖南;朱维申;;压剪应力作用下多裂隙雁行破坏机制及强度判定准则[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年

相关博士学位论文 前10条

1 杨昊;饱冰裂隙岩体力学特性及破坏形态试验研究[D];中国矿业大学(北京);2015年

2 杨超;硬质裂隙岩体三轴加载及卸荷蠕变特性研究[D];重庆大学;2015年

3 向文飞;裂隙岩体表征单元体及力学特性尺寸效应研究[D];武汉大学;2005年

4 宋桂红;加锚裂隙岩体整体力学性质研究与分析[D];武汉理工大学;2006年

5 易小明;裂隙岩体损伤位移反分析[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2006年

6 郭彦双;脆性材料中三维裂隙断裂试验、理论与数值模拟研究[D];山东大学;2007年

7 朱泽奇;坚硬裂隙岩体开挖扰动区形成机理研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2008年

8 梁德贤;高压渗流作用下裂隙岩体损伤演化机制研究[D];中国矿业大学;2016年

9 张志强;非贯通裂隙岩体破坏细观特征及其宏观力学参数确定方法[D];西安理工大学;2009年

10 周海涛;裂隙岩体承压渗流演化特征及其水力学机制研究[D];中国矿业大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 任鹏;壁面局部接触裂隙饱和水流—传热的理论模型和计算方法[D];北京交通大学;2014年

2 李崴;典型流动形态条件下裂隙岩体渗透特征尺度及其工程应用[D];山东大学;2018年

3 张卫东;含水裂隙岩体本构模型及数值模拟研究[D];华侨大学;2017年

4 荣腾龙;低温环境下单裂隙岩体强度损伤及断裂特性分析[D];西安科技大学;2015年

5 刘倩;裂隙岩体渗透特性尺寸效应及其影响因素研究[D];大连理工大学;2014年

6 王铭;冻融~加卸载条件下单裂隙岩体疲劳损伤与断裂研究[D];西安科技大学;2017年

7 齐曲;裂隙岩体的随机分析方法[D];北京交通大学;2007年

8 徐剑;层状裂隙岩体弹塑性损伤特性的分析与研究[D];武汉理工大学;2008年

9 汪雷;贯穿裂隙岩体峰后变形破坏特性的试验研究[D];山东大学;2013年

10 袁小清;非贯通裂隙岩体复合损伤本构模型研究[D];中国地质大学(北京);2016年



本文编号:2524990

论文下载
论文发表


    下载步骤:
    1.微信扫码,备注编号 2524990.
    2.
    点击下载


    本文链接:http://www.bigengculture.com/kejilunwen/sgjslw/2524990.html