填砂裂隙巖體滲流-傳熱模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、地下處置庫中的高放射核廢物會(huì)長期地向圍巖釋放熱量,產(chǎn)生傳熱、地下水流動(dòng)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(dāng)?shù)叵滤佑|廢料并溶解核素,通過巖體裂隙滲流而達(dá)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(duì)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(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)處置庫近場(chǎng)滲流-傳熱耦合效應(yīng)及其對(duì)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行不同熱源溫度下進(jìn)行了填砂裂隙的滲流-傳熱實(shí)驗(yàn),并與無填砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。針對(duì)模型實(shí)驗(yàn),通過數(shù)值計(jì)算模擬了實(shí)驗(yàn)過程,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(duì)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(chǎng)耦合作用的控制方程,推導(dǎo)控制方程時(shí)舍棄“瞬時(shí)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(dá)到瞬時(shí)熱平衡的時(shí)間計(jì)算方法。
　　 (2)裂隙填砂對(duì)裂隙滲流傳熱耦合有顯著影響:裂隙填砂加強(qiáng)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(dá)穩(wěn)態(tài)需要的時(shí)間。裂隙填砂弱化了裂隙滲流對(duì)傳熱的阻滯作用。
　　 (3)模型實(shí)驗(yàn)

4、表明:熱源溫度維持在120℃時(shí),裂隙巖體模型穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布規(guī)律與熱源溫度為95℃時(shí)一致。熱源溫度越高,熱源的水平影響距離越大,模型達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間越長。
　　 (4)模型實(shí)驗(yàn)得到的巖體模型溫度場(chǎng)與數(shù)值計(jì)算得到的巖體模型溫度場(chǎng)規(guī)律一致。實(shí)驗(yàn)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(jì)算中的絕熱邊界條件等同,致使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)低于數(shù)值計(jì)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(duì)水平傳熱的