裂隙介質(zhì)流-固換熱理論與實驗研究.pdf

1、本文以干熱巖地?zé)崂脼楸尘埃槍醿硬蔁徇^程中流-固傳熱問題展開研究，以裂隙內(nèi)水-巖換熱系數(shù)的理論求解和實驗研究作為主要研究內(nèi)容。
　　首先建立了單裂隙圓柱巖體水-巖強(qiáng)制對流換熱物理模型，得出流體流動與傳熱過程中的能量守恒方程，據(jù)此推導(dǎo)出裂隙通道內(nèi)水-巖強(qiáng)制對流換熱系數(shù)解析解。
　　通過不同方法，得到兩種水-巖對流換熱系數(shù)的解析解。對兩種解析式進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：（a）一維導(dǎo)熱法得到的解恒大于二維導(dǎo)熱法的解；（b）在相

2、同的裂隙開度條件下，隨著流速的增大兩種方法解的誤差也隨之增大；（c）在相同流體流速條件下，隨著開度的增大兩種方法解的誤差隨之減小。
　　為進(jìn)行裂隙水-巖換熱實驗研究，研制了TAW—2000型微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗機(jī)。通過水鉆法和巴西劈裂試驗得到了直徑50mm×高度100mm的實驗巖樣。實驗中分別選取4組巖樣外壁溫度、3組巖體圍壓和10組流體流量，分別進(jìn)行實驗得到120組實驗數(shù)據(jù)。
　　基于理論與實驗研究，根據(jù)解析解計算

3、出了水-巖強(qiáng)制對流換熱系數(shù)，分析了兩種解析解計算出的換熱系數(shù)結(jié)果，印證了理論分析得出的結(jié)論。兩種結(jié)果差異的原因是求解內(nèi)壁面溫度采用的導(dǎo)熱方程不同，一維解通過簡化的導(dǎo)熱方程計算出偏小的內(nèi)壁面溫度值，因此導(dǎo)致了換熱系數(shù)恒大于二維解的結(jié)果。此外，進(jìn)行了實驗數(shù)據(jù)的擬合，在層流（雷諾數(shù)范圍為3.82—27.84）范圍內(nèi)得到了兩組不同形式的水-巖對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式。在四種不同外壁溫條件下針對擬合得出的Nu＝f（Re，Pr）中的雷諾數(shù)及普朗特數(shù)進(jìn)行了