核廢料處置庫周邊裂隙巖體滲流-傳熱耦合數(shù)值分析.pdf

1、為了分析我國高放廢物地下處置庫預選場址-甘肅北山地區(qū)選址條件的理論和技術可行性，課題組采用我國高放廢物地下處置庫預選場址-甘肅北山地區(qū)花崗巖石塊體，加工組合成規(guī)則裂隙巖體實驗模型，設置邊界熱源和裂隙滲流，模擬裂隙水滲流與傳熱之間的相互作用。作為該室內模型實驗的前期理論研究，本文在總結前人經(jīng)驗的基礎上對單裂隙巖體滲流-傳熱耦合進行了解析求解；對實驗模型運用TOUGH2計算軟件和WINgridder、MATLAB等前后處理軟件對實驗模型進行

2、了數(shù)值模擬；對裂隙巖體滲流-傳熱耦合的特性參數(shù)進行了分析；對高放廢物地下處置庫預選場址-甘肅北山地區(qū)選址進行了數(shù)值模擬。
　　 結論表明：滲流作用下的對流傳熱對熱傳導影響顯著，當熱傳導遇到裂隙水時，大量的熱量被裂隙水帶走，溫度急劇下降，熱量梯度降低：豎向裂隙水在流動的過程中，也被溫度場加熱，其溫度逐漸升高，從而傳遞熱量的“橋梁”作用增強，模型下部的熱量傳遞較快，產(chǎn)生溫度曲線的上翹，形成熱量“繞流效應”；溫度的上升也伴隨著裂隙水體

3、積的膨脹和裂隙水的相變，當裂隙水的溫度趨近或超過100℃時，部分裂隙水汽化，孔隙水壓顯著升高，從而增加了部分巖體應力，不利于巖體的穩(wěn)定。
　　 裂隙開度，加熱功率、裂隙流速、裂隙流量和加熱時長是影響滲流-傳熱耦合的重要因素。在較短的加熱時間里，熱傳導和裂隙水滲流沒有交匯，各自發(fā)揮作用，溫度線呈現(xiàn)圓弧狀曲線。而在加熱很長的時間里，熱傳導和裂隙水滲流相互耦合，溫度線更趨近于直線；加熱功率的提高，不但提高了巖體總體溫度，也增加了熱流梯

4、度，提高了溫度極值點：在流量不變的情況下，裂隙開度的變化對熱傳導影響不大。這種情況下，裂隙開度的增大實際上是在增大滲流面積的情況下，降低了裂隙滲流流速，使巖體整體的溫度會有些許的增加；在滲流速度不變的情況下，裂隙開度的變化對熱傳導產(chǎn)生顯著影響，裂隙開度的增大顯著增大了流量，從而帶走了更多的熱量；輸入流量增大，會帶走更多的熱量，從而降低巖體的整體溫度，但是裂隙流量只能在順熱傳導方向產(chǎn)生影響。
　　 結合相關材料對甘肅北山核廢料處置

5、庫預選區(qū)模擬可以得出，由于核廢料的放熱量有限，短期內貯存核廢料對環(huán)境，特別是對地下水環(huán)境的影響較小，但是在較長的時期內，核廢料會由于其環(huán)境的封閉性而導致熱量的集聚，核廢料處置庫周邊高溫區(qū)主要集中在周邊半徑50m范圍內。裂隙水的存在使得熱量更多的向裂隙水滲流方向流動，對熱傳導起到了導向作用。在花崗巖中存在少量含水裂隙對核廢料處置庫溫度場的影響不大。核廢料處置庫周邊環(huán)境溫度的變化與核廢料衰變產(chǎn)生的熱量息息相關，周邊環(huán)境溫度變化規(guī)律與核廢料衰