流固耦合条件下岩土体等效导热系数的计算与传热规律的研究

摘要

岩土体中由于存在孔隙、裂隙等结构,致使其物理性质复杂多变,导热能力与岩土体结构和构造之间存在关联,并且由于存在地下水的影响,岩土体的导热能力同样会受到流体性质的影响。研究流固热耦合条件下岩土体的等效导热系数,首先通过室内实验得到部分相关数据后,结合数值模拟的方法,对岩土体导热能力进行分析。选取影响岩土体导热能力的部分物理参数作为信息元,单独分析孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流体粘性作为信息元对岩土体传热的作用效果,得出信息元对岩土体温度场的影响。反分析流固耦合条件下,信息元对岩土体导热系数的影响,拟合不同信息元和等效导热系数之间的关系,并对岩土体流固耦合条件下的传热机理进行初步讨论。最后列举了风流换热和冻结法支护两个算例,通过分别用孔隙率和流体粘性对等效导热系数进行修正,得出修正后等效导热系数对工程实践的影响效果。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 热传导问题的研究

1.2.2 岩土体传热的影响因素

1.2.3 流固热耦合的研究现状

1.3 主要研究内容及方法

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要研究方法

1.3.3 预期成果

2 岩土体传热原理

2.1 工程热力学的应用

2.1.1 传热过程分类

2.1.2 传热的表示形式

2.1.3 稳态热传导

2.2 热传导方程

2.2.1 平板热传导方程

2.2.2 非平板热传导方程

2.3 岩土体中的对流传热

2.3.1 流体对流传热

2.3.2 对流热传导参数

3 岩土体导热系数室内试验

3.1 主要实验设备

3.2 主要实验内容

3.3 等导热系数的物理意义

3.4 导热系数的影响因素

4 等效导热系数反演信息元的选取与计算

4.1 岩土体的孔隙率

4.1.1 孔隙率对温度场分布的影响

4.1.2 孔隙率与导热系数的关系

4.2 岩体的裂隙

4.2.1 岩体裂隙对温度场的影响

4.2.2 岩体裂隙与导热系数

4.3 裂隙中流体流速

4.3.1 裂隙中流体流速对温度场的影响

4.3.2 裂隙中流体流速与导热系数

4.4 流体粘性

4.4.1 流体粘性对温度场分布的影响

4.4.2 流体粘性对导热系数的影响

5 等效导热系数反演在工程中的应用

5.1 矿井巷道热害

5.2 巷道风流换热算例

5.2.1 工程地质概况

5.2.2 巷道传热方程

5.3 风流巷道换热仿真分析

5.4 冻结法施工技术

5.5 冻结法工程算例

5.5.1 工程地质概况

5.5.2 冻结壁的简化与计算

5.5.3 冻结温度场

5.5.4 冻结过程

5.6 冻结法支护仿真分析

5.6.1 建立模型

5.6.2 初始模型求解与结果

5.6.3 等效导热系数求解与结果

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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