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裂隙岩体热—水—力三场耦合模型试验与对流换热的理论分析

李科  
【摘要】:本文以高放废物深地质处置为背景,通过室内模型试验研究了规则裂隙花岗岩体在热-水-力耦合作用下的特征,并对裂隙内部对流换热现象进行了理论分析。本文主要的研究内容及主要成果如下: (1)选用32块甘肃北山的花岗岩体,制备成规则裂隙岩体模型,包括三组在水平和垂直方向上均匀分布的裂隙。裂隙内填充有标准砂。在垂向流、左侧边界加热、右侧加压条件下进行多场耦合试验,模拟裂隙中热-水-力之间的相互作用。试验结果表明,填充饱和裂隙对温度场的分布有控制作用,其中临近热源裂隙起主要控制作用。 (2)加压使得裂隙开度减小,导致填充砂的孔隙率降低,水的渗透速率降低,水体在裂隙内滞留的时间变长,单位体积水流对流换热量会增加。同时加压后由于裂隙开度变小,填充砂孔隙率降低,裂隙对热量传递的阻滞作用有明显降低。且裂隙的阻滞作用越低,竖直方向的热传导越强烈。 (3)饱和岩体裂隙中的表面传热系数关联式的研究目前还在起步阶段,本文对比了不同实验关联式的适用范围及基本特性,并对它们在岩石裂隙中的适用性进行了分析。通过传热学理论分析了单一饱和裂隙内部层流的流动状态及相对应的求解分析方法,对单一饱和裂隙于入口段的表面传热系数的计算给出了求解分析。


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