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(yù)選場址-甘肅北山地區(qū)選址條件的理論和技術(shù)可行性，課題組采用我國高放廢物地下處置庫預(yù)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，設(shè)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(nèi)模型實(shí)驗(yàn)的前期理論研究，本文在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)單裂隙巖體滲流-傳熱耦合進(jìn)行了解析求解；對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦\(yùn)用TOUGH2計(jì)算軟件和WINgridder、MATLAB等前后處理軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行

2、了數(shù)值模擬；對(duì)裂隙巖體滲流-傳熱耦合的特性參數(shù)進(jìn)行了分析；對(duì)高放廢物地下處置庫預(yù)選場址-甘肅北山地區(qū)選址進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 結(jié)論表明：滲流作用下的對(duì)流傳熱對(duì)熱傳導(dǎo)影響顯著，當(dāng)熱傳導(dǎo)遇到裂隙水時(shí)，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(dòng)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(qiáng)，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(yīng)”；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(dāng)裂隙水的溫度趨近或超過100℃時(shí)，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(yīng)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(shí)長是影響滲流-傳熱耦合的重要因素。在較短的加熱時(shí)間里，熱傳導(dǎo)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(shí)間里，熱傳導(dǎo)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(diǎn)：在流量不變的情況下，裂隙開度的變化對(duì)熱傳導(dǎo)影響不大。這種情況下，裂隙開度的增大實(shí)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(huì)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(duì)熱傳導(dǎo)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(huì)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(dǎo)方向產(chǎn)生影響。
　　 結(jié)合相關(guān)材料對(duì)甘肅北山核廢料處置

5、庫預(yù)選區(qū)模擬可以得出，由于核廢料的放熱量有限，短期內(nèi)貯存核廢料對(duì)環(huán)境，特別是對(duì)地下水環(huán)境的影響較小，但是在較長的時(shí)期內(nèi)，核廢料會(huì)由于其環(huán)境的封閉性而導(dǎo)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(nèi)。裂隙水的存在使得熱量更多的向裂隙水滲流方向流動(dòng)，對(duì)熱傳導(dǎo)起到了導(dǎo)向作用。在花崗巖中存在少量含水裂隙對(duì)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(guān)，周邊環(huán)境溫度變化規(guī)律與核廢料衰