《深部EGS系統中裂隙岩體熱-水-力(THM)耦合機理研究》是依託華南理工大學，由薛孌鸞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深部EGS系統中裂隙岩體熱-水-力(THM)耦合機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：薛孌鸞
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
增強地熱系統(EGS)是指從地下3-10km低滲透性高溫岩體中建立人工熱儲並獲取熱能的系統。EGS系統開發依賴於裂隙岩體熱-水-力(THM)耦合模型研究水平的提高。目前針對裂隙岩體的數值模型主要是等效模擬和離散模擬兩大類，前者將裂隙特性均化在岩體中，細節模擬過於簡化，後者裂隙的前處理工作繁瑣複雜，格線易畸形，導致計算誤差大或結果不收斂。本申請項目擬將基於複合單元法，拓展充填模型，考慮壓剪聯合作用對裂隙變形和滲透特性的影響，以及溫度對岩體物理力學特性的影響，採用交叉疊代算法建立高溫裂隙岩體THM耦合的複合單元模型，其前處理簡便快捷，且可真實反映裂隙的滲透、變形和導熱特性；進行實驗室高溫高壓岩體三軸試驗，依據試驗對耦合模型進行修正與完善；最後針對EGS系統進行數值試驗和參數反演。本項目旨在深入揭示深部EGS系統中裂隙岩體THM耦合演化機理，為EGS系統開發提供理論基礎和科學依據。
結題摘要
傳統能源日漸枯竭，“可再生”清潔的增強型地熱能日益受到重視，如何科學地進行增強地熱系統(EGS)的開發依賴於裂隙岩體熱-流-固(THM)耦合機理的研究水平。本項目基於複合單元法，結合“充填模型”，考慮應力對裂隙變形和滲透特性的影響，考慮溫度對裂隙中流體運動粘度的影響，以及溫度對岩體物理力學特性的影響，分別採用虛功原理和變分原理，推導相應的岩塊子單元和裂隙片段的控制方程，聯合其他複合單元或有限單元形成研究域的整體控制方程。若某複合單元內將不含裂隙，則此複合單元自動回歸成常規有限單元，可有效實現有限單元與複合單元算法的統一。採用交叉疊代算法建立裂隙岩體THM耦合的複合單元算法。該算法可真實反映裂隙與相鄰岩塊之間的流量、熱能量交換規律、以及流體與相鄰岩塊間滲流-傳熱過程，同時其前處理簡便快捷，格線剖分不受限制。首先視研究域為均勻介質建立有限元計算格線，忽略裂隙和孔隙的具體位置和方位；然後套用前處理程式，可依據裂隙的真實信息自動將其離散在單元內，生成含裂隙和孔隙的複合單元的計算格線信息。通過與傳統有限元算法、已有近似解析解、以及相應的實驗數據進行相比較，驗證本項目建立的複合單元耦合算法的可靠性與有效性。依據本項目建立的裂隙岩體THM耦合算法可對深部EGS系統進行全程數值仿真，可直觀、準確的反映人工熱儲中裂隙的變化特徵、開發過程中熱能的遷移規律，為EGS系統的“智慧型化”開發奠定理論依據。
