本文關(guān)鍵詞：地下熱水流動與熱量運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前我國部分地區(qū)地?zé)豳Y源在開發(fā)利用過程出現(xiàn)了浪費(fèi)資源、過度開采等問題,導(dǎo)致地下熱水的水位持續(xù)不斷地下降,建立描述地下熱水流動和熱量運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型,探討數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法,模擬和預(yù)測不同地下熱水系統(tǒng)在天然條件下和人為開采條件下地下熱水的水動力場和溫度場的時空變化特征,為地?zé)豳Y源的潛力評估及開采規(guī)劃提供切合實(shí)際的依據(jù),這對地下熱水的可持續(xù)利用具有重要的意義。根據(jù)普遍性守恒原理,在推導(dǎo)的過程中充分考慮水的密度和動力粘滯系數(shù)會隨溫度、壓力、溶質(zhì)濃度變化這些因素的影響,重新推導(dǎo)了描述中低溫地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型。對于地下熱水壓力場數(shù)學(xué)模型采用標(biāo)準(zhǔn)的有限元單元法進(jìn)行了數(shù)值離散,對于地下熱水滲流速度是采用Yeh提出的有限元方法獲得相應(yīng)的地下熱水滲流速度;對于溫度場數(shù)學(xué)模型,分別采用標(biāo)準(zhǔn)有限單元法、上游加權(quán)有限單元法或者上游加權(quán)最小二乘法求解地下熱水溫度場數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上采用Fortran 90/95語言編寫了地下熱水運(yùn)移三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬程序FEMFH,并分別采用一維解析解、二維Elder問題及軟件FEFLOW對比三個方面驗(yàn)證了程序是可靠性。利用數(shù)值程序FEMFH對水平展布的、均質(zhì)各項(xiàng)同性的熱儲層進(jìn)行數(shù)值模擬得出,水頭在水力梯度方向上同樣呈線性降低,在垂向上受溫度的影響,水頭隨著高程的增加而增加,該曲線可以用二次多項(xiàng)式進(jìn)行描述;在相同條件下,與常溫含水層相比,流量隨含水層溫度的升高而增大,其原因是相對粘滯性系數(shù)受溫度的影響造成的。地下熱水的等水頭線與流線并不是正交的,當(dāng)含水層底部邊界的溫度越高,等水頭線與流線斜交的角度越小,其次地下熱水的水力梯度越大,等水頭線與流線之間的夾角逐漸增大,越趨近90°;斜交的角度與參考水頭也相關(guān),只有當(dāng)含水層的溫度是恒溫的,且與參考溫度相同時,等水頭線與流線恰恰正交;對于含水層的滲透系數(shù),其值的改變對地下熱水中流網(wǎng)幾乎沒有影響。
【關(guān)鍵詞】：地下熱水 壓力場數(shù)學(xué)模型 溫度場數(shù)學(xué)模型 有限元法 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P314.1
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-25
• 1.1 選題依據(jù)及意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 地下熱水運(yùn)移三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型研究的文獻(xiàn)報道14-16
• 1.2.2 地下熱水運(yùn)移三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬研究的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)方法20-23
• 1.3.1 研究內(nèi)容20-21
• 1.3.2 研究方法21-23
• 1.4 主要創(chuàng)新點(diǎn)23-25
• 第2章 地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型25-32
• 2.1 壓力場數(shù)學(xué)模型25-28
• 2.1.1 壓力場控制方程25-27
• 2.1.2 壓力場初始條件27
• 2.1.3 壓力場邊界條件27-28
• 2.2 溫度場數(shù)學(xué)模型28-30
• 2.2.1 溫度場控制方程28-30
• 2.2.2 溫度場初始條件30
• 2.2.3 溫度場邊界條件30
• 2.3 參數(shù)的確定30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流有限元解法32-44
• 3.1 壓力場有限元法32-36
• 3.2 抽/注水井的處理36
• 3.3 地下水流速的計(jì)算36-37
• 3.4 溫度場有限元法37-43
• 3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)伽遼金有限元法38-40
• 3.4.2 上游加權(quán)有限單元法40-41
• 3.4.3 上游加權(quán)最小二乘法41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬程序若干問題的處理44-55
• 4.1 網(wǎng)格剖分44-48
• 4.2 含水層參數(shù)48
• 4.3 時間的離散48-49
• 4.4 邊界條件與初始條件49-50
• 4.5 大型稀疏矩陣的存貯50-52
• 4.6 大型線性方程組的求解52-53
• 4.7 本章小結(jié)53-55
• 第5章 地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬程序的驗(yàn)證55-70
• 5.1 一維數(shù)學(xué)模型55-57
• 5.2 二維數(shù)學(xué)模型57-63
• 5.3 三維數(shù)學(xué)模型63-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 第6章 地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬程序的應(yīng)用70-94
• 6.1 地下熱水的賦存形式70-71
• 6.2 地下熱水的水動力特征研究71-80
• 6.2.1 研究現(xiàn)狀71-73
• 6.2.2 模型的假設(shè)73-74
• 6.2.3 地下熱水水動力特征的討論74-80
• 6.3 流網(wǎng)80-92
• 6.3.1 研究現(xiàn)狀80-81
• 6.3.2 流函數(shù)81-83
• 6.3.3 有限元離散83-85
• 6.3.4 地下熱水流網(wǎng)模型的概化85-87
• 6.3.5 地下熱水的流網(wǎng)特征及影響因素87-92
• 6.4 本章小結(jié)92-94
• 第7章 結(jié)論與建議94-98
• 7.1 結(jié)論94-96
• 7.2 建議96-98
• 致謝98-99
• 參考文獻(xiàn)99-107
• 個人簡歷107-109
• 附錄A 地下熱水運(yùn)移的三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬程序FEMFH的簡介109-118
• A1.1 主程序的運(yùn)行109-118
• A1.2 輸出模塊118
• A1.2.1 輸入文件的輸出118
• A1.2.2 計(jì)算結(jié)果的輸出118
• A1.3 軟件Tecplot繪圖

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：411666