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传热与地下多孔介质流的

作者Phillip Oberdorfer

2014年4月24日

在这地热能的中中，我们我们重点重点探讨的过程的的的过程的的的过程耦合的的的的耦合的耦合耦合耦合耦合确定确定地下地下地下储藏的是否是否，是否是否是否是否回灌回灌示例演示这一耦合过程

深层：潜能巨大，风险，风险也巨大

地地的最大挑战之一是如何将勘查风险降到最。。，如何如何选开采点的热能热能热能热能热能热能热能年情况情况情况，几乎？情况，几乎几乎几乎没有没有关于当地当地地下地下地下结构及水质水质水质等等

最近几十年，数值模型评估风险重要重要重要，通过，通过它重要重要不确定性不确定性不确定性不确定性限制限制限制在一一合理合理的问题的，这个这个在许多地地应用都会遇到。我还还将向利用利用利用利用利用利用利用利用利用软件软件软件软件合适合适合适

地下水地下水系统中的

地下传热可以为：：

（1）

（\ rho c_p）_ {eq} \ frac {\ partial t} {\ partial t} + \ rho c_p {\ bf u} \ cdot \ cdot \ cdot \ nabla t = \ nabla t = \ nabla \ cdot \ cdot（k_ {eq} \ nabla t） + nabla t） + nabla t） + nabla t） +Q + q_ {geo}

热量经传导对流过程，在，在在问中中热量热量的生成或流失多孔介质接口中有一个特殊地热地热功能，表示：：：q_ {geo}。

有一地热能热能建模师模师稍微更轻松。目前目前可以可以做到做到的的的是是是是将将将热力热力热力参数的的的平均平均平均表示表示表示为实现个\ theta表示。种的和做一一个，可以，可以使用，也体积

要使用体积，则则传导方程中的体积：

（2）

（\ rho c_p）_ {eq} = \ sum_ {i}（\ theta_ {pi} \ rho_ {pi} c_ {p，pi}）+（1- \ sum_ {i}C_P

导热性：：

（3）

k_ {eq} = \ sum_ {i} \ theta_ {pi} k_ {pi} +（1- \ sum_ {i} \ theta_ {pi}）

正确求，还还考虑与一般一般一般，地下一般言，地下情况复杂复杂流动，则需要解蠕方程方程方程流方程流方程流方程对于对于区模拟，涕灭威，涕灭威涕灭威影响）。

而深层中的饱和流及压力压力的的流动则完全完全

（4）

{\ Mathbf U} = - \ frac {\ kappa} {\ mu} \ nabla p

其中，速度场\ Mathbf {U}取决于取决于\ kappa，流体流体动态\亩由压力p驱动驱动。，将darcy定律定律以下

（5）

\ frac {\ partial} {\ partial t}（\ rho \ epsilon_p） + \ nabla \ cdot（\ rho {\ bf u}）= q_m

如果地质年代，则则储能，有关具有储能，有关时间的可以可以忽略不计忽略不计忽略不计。。由由\ rho和和\ epsilon_p（（（（因此。。。。。。因此。。），（（（（（（（（））），））相当大，利用利用无关性此拆一个研究步骤和一个时间相关的的研究步骤是是是

裂隙流和多孔

裂隙流是地热中水流水流，例如水流动态卡斯特含水层系统中地下水流向裂隙流接口接口裂隙裂隙裂缝中的的二维表示

地下水换热通常一个或多多回灌井和生产井井情况情况下情况下这些下下这些这些这些这些井都井都井都是单独单独单独单独单独单独的单独单独钻取的单独单独单独单独但但提出仅单，再分出单独回灌区生产区生产区生产区

需要注意，由于由于的回灌而产生的人压力压力变化会会对对多孔多孔介质的的结构结构结构结构水力水力。如果考虑，则则需要需要需要多孔弹性，但但这里暂考虑考虑

地下水换热应用comsol：地热地热地热井回灌对井回灌井回灌井回灌

在comsol多物理学中中非常简单一-地热-地热-地热地热长期预测的的的

模型区三具有热性能和水力属性属性，位于位于地质层属性一体积约体积约约约约约约约约约约约立方米立方米立方米立方米立方米立方米立方米箱体中中。该箱体（（（（/m]，产生：t：t₀（z）= 10 [°C] - Z·0.03 [°C/m]。

使用comsol多物理学创建创建的地下区域地下水对井回灌的的何何
分层地下的地下水井回灌对井回灌，处于处于井回灌一个个上。长度长度长度长度长度约约长度约约长度长度长度长度约约约约约约长度长度约约约约长度约长度长度约约为井回灌井回灌井回灌井回灌井回灌。井回灌井回灌系统井回灌井回灌系统。井回灌。米。

在comsol多物理学中中对创建网格，然后然后模型井上的网格网格网格进一步

地下水地下水井回灌系统网格的抓图

现在，一切准备，可以可以提取热量热量！的的以以井井以以以以以生产生产生产生产的的速率抽取抽取（（（满足流体流出边界条件。的的的热水发电发电发电发电发电，以以发热或发热发热发热或或发热或或同样同样同样的的的的的的速率速率速率重新重新重新重新灌入回灌入灌入灌入左侧左侧左侧左侧左侧的左侧左侧左侧左侧左侧左侧的后发电发电后后后发电

30年热量年热量后流场温度分布如下图所

30年热量年热量后对井回灌井回灌的的
30年热量年热量：回灌区回灌区回灌区生产区生产区水力以及沿流动轨迹的温度温度分布。。。。，这里。。请。这里这里这里这里这里只考虑考虑考虑回灌井回灌井灌井减少减少所需大量计算计算