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热-流-固耦合建模过程

原文作者:
  党旭光,朱庆杰,刘峰,程 雨
发布时间:
  2014-08-13
来    源:
  河北理工大学 建筑工程学
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摘 要:热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。由于研究对象的不同,热流固耦合模型的形式存在差异,建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难,文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上,通过一个例子,介绍了用adina 建立模型的过程。
1 三场耦合理论模式介绍
    在三场耦合尤其是三场耦合机制的研究过程中,人们根据各自对三场耦合的认识提出了不同的三场耦合作用模式。1995 年前有关三场耦合作用模式的研究在场与场之间的联系关系上主要是以速度等变量为桥梁,如HART、Jing 提出的作用模式,其中Jing 主要描述的核储存库三场耦合模式,后来作用模式发展为主体为物理现象,它们之间的相互联系是以场作用或物理作用为桥梁的, 如Guvanasen、柴军瑞的作用模式,前者同样以核废料储库库围岩三场耦合作用研究为主,后者为一般模式。
    Jing 等[1]描述了核废料贮库围岩裂隙岩体中的热-液-力耦合过程,如图1 所示。Hart 等[2]提出了如图2 所示的三场耦合作用模式。柴军瑞[3]从岩体渗流-应力-温度三者两两之间的相互关系出发,建立了如图3 的作用模式。图中:a 渗透水流对岩体固相的力学作用,一般应用有效应力原理来反映[4];a′ 为应力引起裂隙岩体空隙率和渗透特性变化,目前有经验关系式(如Lours 负指数关系式)和理论关系式(包括各种概化情况下和各种概化模型下的理论关系式)两大类表示方法[5];b 为温度引起热应变(力)及与温度有关的岩体固相力学特性变化; b′为岩体固相力学变形引起热力学特性变化及岩体固相内部热耗散;c 为水流的热对流及与岩体固相的热交换;c′ 为温度势梯度引起水份运动及与温度有关的水特性变化。
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