填砂裂隙巖體滲流-傳熱模型實驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、地下處置庫中的高放射核廢物會長期地向圍巖釋放熱量,產(chǎn)生傳熱、地下水流動和巖體應(yīng)力之間的耦合作用。由于各種原因巖體中普遍存在裂隙,當?shù)叵滤佑|廢料并溶解核素,通過巖體裂隙滲流而達到核素遷移的后果。所以裂隙巖體中地下水的滲流直接影響核廢物處置庫的阻滯作用。
　　 自然中填充裂隙是常見的,對填充裂隙巖體中流體滲流和熱的傳遞規(guī)律的研究,能更進一步了解和認識處置庫近場滲流-傳熱耦合效應(yīng)及其對核素遷移影響的基本特征。通過改造無填充裂隙巖體模

2、型,模型是選取我國處置庫預(yù)選場區(qū)甘肅北山地區(qū)的花崗巖,加工得到規(guī)則的裂隙巖體。
　　 本實驗把模型中的垂直裂隙用粒徑為0.5～0.63mm的河砂填充,分別進行不同熱源溫度下進行了填砂裂隙的滲流-傳熱實驗,并與無填砂實驗結(jié)果進行比較。針對模型實驗,通過數(shù)值計算模擬了實驗過程,與實驗結(jié)果進行比較。并模擬了不同工況下裂隙巖體滲流.傳熱耦合,總結(jié)不同因素對耦合現(xiàn)象的影響。
　　 分析結(jié)果得到的主要結(jié)論:
　　 (1)根據(jù)

3、連續(xù)性方程和能量守恒方程,推導(dǎo)飽和填充裂隙巖體滲流-傳熱二場耦合作用的控制方程,推導(dǎo)控制方程時舍棄“瞬時熱平衡”假設(shè)。并采用傳熱學(xué)的基本原理,得出特殊單元體達到瞬時熱平衡的時間計算方法。
　　 (2)裂隙填砂對裂隙滲流傳熱耦合有顯著影響:裂隙填砂加強了裂隙兩側(cè)巖石之間的熱傳導(dǎo),熱源的水平影響距離明顯大于無填充裂隙巖體模型的情況,但減少了模型到達穩(wěn)態(tài)需要的時間。裂隙填砂弱化了裂隙滲流對傳熱的阻滯作用。
　　 (3)模型實驗

4、表明:熱源溫度維持在120℃時,裂隙巖體模型穩(wěn)態(tài)溫度場分布規(guī)律與熱源溫度為95℃時一致。熱源溫度越高,熱源的水平影響距離越大,模型達到穩(wěn)態(tài)所需要的時間越長。
　　 (4)模型實驗得到的巖體模型溫度場與數(shù)值計算得到的巖體模型溫度場規(guī)律一致。實驗過程中裂隙巖體模型在邊界上存在一些熱量散失,無法與數(shù)值計算中的絕熱邊界條件等同,致使實驗數(shù)據(jù)低于數(shù)值計算值。并且熱源溫度越高,兩者之間的差異越大,裂隙水流速與裂隙開度越大,裂隙水對水平傳熱的