煤田地质与勘探

作者：王亚宁, 陆川, 王贵玲,

关键词：数值模拟, 地热能, 岩石裂隙, 热阻, 对流换热系数, 努塞尔特准数,

增强型地热系统(EGS)中高温岩石与流体之间的对流换热特征一直以来是干热岩(HDR)研究的重要基础内容。岩石导热热阻对裂隙对流换热特征具有重要影响。为研究其具体影响，综合运用理论解析与数值模拟2种研究方法，通过对解析解讨论以及建立数值模型，研究两平行光滑平板之间的换热规律。结果表明：流体速度、传热边界层充分发展时，局部努塞尔特准数Nux为定值，与其他因素无关；局部对流换热系数hx仅与流体热导率k和裂隙开度e有关，与其他因素无关。上下平板壁面热流恒定时，Nux为8.235；温度恒定时，Nux为7.54。然后建立多组导热热阻不同的岩石裂隙对流换热数值模型，发现岩石导热热阻增大，温度场进口段延长，对流换热系数h增大。岩石长度显著影响进口段占比，进而影响h的大小。h随着长度增大而减小；当岩石长度足够长时，进口段占比足够小，此时除k与e之外的参数对h基本没影响。并且发现实验室常用岩石长度为100 mm，而典型EGS工程中裂隙长度是米级的，建议室内实验重视岩石长度对裂隙对流换热特征的影响。

来源：2023年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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