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为弥补当前河岸带水热交换模拟对土体非均质传热考虑不足的缺陷,在饱和-非饱和渗流及多孔介质传热理论基础上,引入土体有效导热系数模型,构建考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型。结合COMSOL软件的特点,给出河岸带水热耦合模型的实现方法及求解流程,并通过河岸带温度和水位原型观测资料验证和对比分析不同有效导热系数模型下河岸带水热耦合模型的模拟效果。结果表明：与传统不考虑土体非均质传热方法相比,该模型能够较好地反映河岸带水热交换过程。此外,基于Johansen有效导热系数模型的河岸带水热耦合模型模拟效果表现最佳,模拟结果与前人试验结果一致。研究成果可为河岸带水热交换及污染物迁移过程的深入研究提供技术支撑。 相似文献
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多年冻土区融化层的热传导系数的大小决定了全球气候变化条件下, 多年冻土的响应强弱以及对周围环境的影响.在野外实测与实验室分析的基础上, 研究了黄河源区3种典型岩土的干容重、含水率和温度对导热系数的影响,通过建立起回归方程, 运用Stephen公式近似计算了2002年源区最大冻结和融化深度的分布.结果表明: 黄河源区三种典型岩土的导热系数从小到大依次为腐殖土、碎石亚黏土、细沙;干容重和含水率与导热系数具有较好的正相关关系, 是影响导热系数的主要因素, 在较小的温度变化范围内, 温度对导热系数的影响不明显. 基于实测的导热系数分布模拟得到的最大融化深度在地势较低的黄河干流及"两湖"地区要大于南北高山区, 最大冻结深度的变化规律则相反, 除北部小部分地区最大冻结深度大于最大融化深度外, 源区绝大部分地区活动层处于增厚状态.结果将有助于多年冻土的变化及环境效应的研究. 相似文献
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在冻结岩石中钻进时,使用压缩空气作为冲洗介质较之使用钻井液有很多优点。给出了冷却空气洗井钻进时井内温度的简化计算公式,按照这些计算公式可以确定空气洗井时井内任何时间、任何深度的温度和代表性关系曲线。井内温度的分布与进入钻杆柱内空气的初始温度有直接的关系,从空气压缩机中出来的压缩空气的温度很高,因此必须对其进行冷却和干燥,给出了冷却和干燥的方法和手段,提出了相应的建议。 相似文献
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根据热交换原理，提出了井内温度规程的数学模型，按照这个模型可以计算出井内任何时间、任何深度的温度。以冷却空气作为冲洗介质为例，给出了冷却空气洗井钻进时井内温度的简化计算公式和代表性关系曲线，按照这些计算公式和关系曲线可以计算出和看出空气洗井时井内任何时间、任何深度的温度。根据计算和研究的结果，指出了为了保证在冻土中进行正常钻井，从外环状空间内返回的冲洗介质的温度不宜高于0℃，并提出了相应的建议。 相似文献
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坑道钻孔内涌水给常规小口径取心钻探带来了极大的施工难题。水银洞金矿Ia矿体地下水丰富,坑道钻探施工中,发现孔底岩心可以从孔口冲出。由此提出了坑道涌水钻孔岩心上升系数ξ,其物理意义是岩心在孔底水压和浮力的作用下,克服重力以及与钻杆内壁摩擦力而自动上升的能力,并结合钻孔实际参数,讨论了ξ的实践意义。当ξ≥1时,理论上孔底岩心可以随孔内涌出水从孔内冲出;当ξ＜1时,孔底岩心则不能被冲出,只能依靠起大钻取出。通过计算矿层的岩心上升系数,结合实际地层的完整性情况,可以帮助钻探人员控制合适的进尺后割心,使ξ≥1,从而让钻孔内岩心自动从孔底排出。岩心上升系数,可以为提高地表和坑道高压涌水钻孔钻进效率提供理论指导,具有一定的实践意义。 相似文献
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在反循环气体钻井中,循环介质与地层之间不断进行着热交换,因此井内温度分布是影响气体反循环钻井流体动力学参数的重要因素。基于反循环钻井技术特点,考虑循环介质与地层间热量的交换,沿钻孔径向取传热平衡微分单元作为研究对象,建立中心通道内流体和环状间隙内流体热平衡方程。通过求解线性非齐次方程推出反循环气体钻井非线性温度模型,并给出了模型求解的边界条件。通过算例可知,按照自然地层温度计算的井底温度比采用该模型计算的井底温度高21.14 K,这是因为随井深增加,热量由温度较高的地层向温度较低的气体传递,但是热传递并不完全,考虑地层与井眼流体热交换的反循环气体钻井非线性温度模型符合井内温度分布。 相似文献
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近相变区冻土导热系数是影响寒区岩土工程热稳定性的关键物性参数,针对该温度区间冻土导热系数难以精确测量的问题,提出了一种稳态热流计法试验获得导热系数、量子粒子群寻优算法近似回归定性温度的近相变区冻土导热系数测试方法,采用核磁共振技术对细砂土近相变区未冻水含量进行测试并探究了其与导热系数的关系,分析了负温区细砂土导热系数的分布特征和参数影响规律,建立了不同温度区间的导热系数预测模型。结果表明:负温区细砂土未冻水含量变化曲线与其导热系数呈现出极为相似的变化规律,温度-导热系数曲线可划分为-3.2℃为界的近相变区和稳定相变区;冻结细砂土导热系数的增幅区间主要发生在近相变区,增长幅度约占整个负温区导热系数总增幅的50%,且随温度降低,导热系数的增幅逐渐减小;预测模型平均相对误差为4.14%,±10%误差内占比为94.7%,稳定相变区确定系数R2为0.892,近相变区确定系数R2为0.883,证明了该模型具有较好的准确性。研究成果可为寒区工程温度场的计算与分析提供基础参数,亦可为寒区重大基础设施精细化设计和冻土风险精细化防控提供数据支持。 相似文献
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岩土体导热系数在与地热有关的地质基础研究和生产应用中有重要作用。首先介绍了导热系数的概念,然后分析了导热系数的受控因素,最后探讨了导热系数的测定方法。导热系数的受控因素包括地层岩性、孔隙率、含水率、温度以及各向异性。导热系数随地层岩性从大到小排列为海相碳酸盐岩、陆相碎屑岩、火成岩,变质岩导热系数与母岩和变质程度有关;同种岩层的导热系数随沉积过程延续或深度增加而增大;含水率对软弱岩石的导热系数影响较大,导热系数随含水率增大而增大,对孔隙度较大的岩层需进行饱水校正;不同岩性的导热系数随温度的变化较复杂,在应用中需结合实际地层考虑;由于结构面的存在,岩体的导热系数存在各向异性。导热系数的测定方法包括现场测试法、室内测试法、组分类型辨别法以及利用P波速度估算等。利用现场数据求解导热系数时常使用线热源模型和柱热源模型;室内测试法包括稳态测试法和非稳态测试法,分别应用于中低导热系数材料和高导热系数材料;对于组分类型辨别法,平行板式相分布的物体导热系数是各向不等的,热传导方向与平行板平面平行和垂直时分别具有最小和最大总体导热系数;对地下无法直接测量的地质单元,可利用P波速度估算导热系数。要得到准确的导热系数,须基于岩土体的导热系数范围和样品特征选取正确的测定方法。 相似文献
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低温泡沫钻进技术除了具有岩心采取率高、钻进效率高和孔内事故少的特点之外,还具有低导热性、低热容量及对钻井孔壁的热干扰小等特点。低温泡沫系统由空压机、泡沫液罐、热交换器、泡沫发生器和参数监测系统组成。通过对泡沫液和空气制冷后,经发泡器混合后可获得低温泡沫。利用低温泡沫作为冲洗介质进行取心钻进,孔内返出的泡沫经消泡后,可再次循环利用。该技术在漠河盆地冻土井工程中进行了应用,经试验数据分析,低温泡沫对冻土层温度的影响极小,岩心采取率高,满足冻土层取心钻进工作的要求。 相似文献
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地热井钻井作业时,井深越大,井眼温度越高,给钻探施工造成的难度越大,因此有必要研究井内循环温度分布。通过分析钻井液循环时热量传导过程,利用井筒温度控制方程,结合雄安新区地热井工程实例中的各项参数,使用全隐式有限差分法求解方程,求解井内钻井液循环时各部分的温度分布。且通过方程模拟研究了钻井液的密度、粘度、排量等工程参数对井壁温度分布的影响,结果表明：钻井液密度、粘度、排量越大,井壁温度越低,井底附近的井壁温度降低幅度越大,其中钻井液的排量改变对井壁温度分布的影响最大。模拟研究结果对于现场施工设计有一定的参考价值。 相似文献
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Chuanliang Yan Jingen Deng Baohua Yu Wenliang Li Zijian Chen Lianbo Hu Yang Li 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2014,47(6):2199-2209
In oil and gas drilling or geothermal well drilling, the temperature difference between the drilling fluid and formation will lead to an apparent temperature change around the borehole, which will influence the stress state around the borehole and tend to cause borehole instability in high geothermal gradient formations. The thermal effect is usually not considered as a factor in most of the conventional borehole stability models. In this research, in order to solve the borehole instability in high-temperature formations, a calculation model of the temperature field around the borehole during drilling is established. The effects of drilling fluid circulation, drilling fluid density, and mud displacement on the temperature field are analyzed. Besides these effects, the effect of temperature change on the stress around the borehole is analyzed based on thermoelasticity theory. In addition, the relationships between temperature and strength of four types of rocks are respectively established based on experimental results, and thermal expansion coefficients are also tested. On this basis, a borehole stability model is established considering thermal effects and the effect of temperature change on borehole stability is also analyzed. The results show that the fracture pressure and collapse pressure will both increase as the temperature of borehole rises, and vice versa. The fracture pressure is more sensitive to temperature. Temperature has different effects on collapse pressures due to different lithological characters; however, the variation of fracture pressure is unrelated to lithology. The research results can provide a reference for the design of drilling fluid density in high-temperature wells. 相似文献
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在我国“海洋强国”建设下,南海岛礁建设顺利推进,以浅层礁坪为介质的地源热泵技术、能量桩等,实质是与礁砂介质能量交换的过程,需进一步掌握珊瑚砂导热性能的演变规律。以南海岛礁珊瑚细砂为研究对象,测定并探讨在不同干密度和含水率下对3大热物理参数的影响,并选用12种砂土热物理参数模型的预测数据与实测数据进行类比分析,提出适宜预测珊瑚细砂导热性能的经验模型。结果表明,珊瑚细砂导热系数和体积比热容、热扩散系数均与干密度呈正相关关系,导热系数和体积比热容与含水率的相关系数高于干密度,而热扩散系数与含水率呈“凸”形增长关系,与干密度的相关系数远高于含水率。基于试验实测数据进行线性回归分析,修订Cote-Konrad模型与Gangadhara Rao模型,显著提高模型对珊瑚细砂导热系数预测准确性;通过De Vries模型与Xu模型的线性修正,大幅缩小珊瑚细砂体积比热容预测值与实测值的差异,在Dai模型相关系数的二元拟合分析基础上,建立表征珊瑚细砂热扩散系数预测模型,为岛礁隔热、控温工程设计以及珊瑚砂热物理特性研究提供参考。 相似文献
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钻井液的性质及性能参数对于南极科学钻探有着重要的影响。钻井液除了必须要具备合适的粘度和密度,以满足冷却钻头、平衡孔壁压力、携带冰屑、清洁孔底的要求外,钻井液的性质如导电性、导热性及其腐蚀性对于保证钻具的正常工作、输送孔内信息也有着重要的影响。根据目前已经在南极使用的钻井液类型,分别对6种介质（国产硅油-3cst、KF96硅油-2cst、丁酸乙酯、丁酸丁酯、丁酸戊酯、丙酸丙酯）在不同温度下的电导率、导热系数和对密封件的腐蚀性进行了试验测试,选出了适合南极应用的钻井液类型及在钻具中使用的密封件材质,可供极地钻探选择钻井液类型及钻具设计提供重要的参考。 相似文献
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我国正在计划打一口13000 m的特深地质井,以超过目前世界上最深的俄罗斯12262m科拉超深井,意义重大。深井、特别是超深井钻进中,除了钻井设备、钻具(含钻头)之外,钻井工艺和操作技术也非常重要。钻井工艺和操作技术目前主要是利用地面仪表显示的井底参数数据来进行指导的。但是这些数据与井底钻井参数的实际情况可能有较大差异,直接影响技术经济指标的提高。俄罗斯阿斯特拉罕国立技术大学В.Н.Есауленко教授等人,设计出了井底参数自动测量控制系统,其中传感器是必不可少的关键器具。现以方位角传感器设计计算为例对其进行讨论和分析,或许对我国打此特深地质井有一定的参考价值。 相似文献
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Simulation of heat transfer performance using middle-deep coaxial borehole heat exchangers by FEFLOW 
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下载免费PDF全文 Due to its large heat transfer area and stable thermal performance,the middle-deep coaxial borehole heat exchanger (CBHE) has become one of the emerging technologies to extract geothermal energy. In this paper,a numerical modeling on a three-dimensional unsteady heat transfer model of a CBHE was conducted by using software FEFLOW,in which the model simulation was compared with the other studies and was validated with experimental data. On this basis,a further simulation was done in respect of assessing the influencing factors of thermal extraction performance and thermal influence radius of the CBHE. The results show that the outlet temperature of the heat exchanger decreases rapidly at the initial stage,and then tended to be stable; and the thermal influence radius increases with the increase of borehole depth. The heat extraction rate of the borehole increases linearly with the geothermal gradient. Rock heat capacity has limited impact on the heat extraction rate,but has a great influence on the thermal influence radius of the CBHE. When there is groundwater flow in the reservoir,the increase of groundwater velocity will result in the rise of both outlet temperature and heat extraction rate. The heat affected zone extends along with the groundwater flow direction; and its influence radius is increasing along with flow velocity. In addition,the material of the inner pipe has a significant effect on the heat loss in the pipe,so it is recommended that the material with low thermal conductivity should be used if possible. 相似文献
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能量桩技术兼具支撑上部荷载和浅层地热能换热器双重功能;作为一种节能减排技术,近年来在国内外获得了一定的发展。然而,目前简单套用基于传统地埋管换热器获得的土体综合热导率系数,无法准确计算能量桩换热效率。依托河南理工大学某低承台3×3能量桩群桩工程应用,开展基于能量桩的土体综合热导率系数测试现场试验和数值模拟研究,分析加热时长、加热功率、流速及桩长等因素对土体综合热导率系数的影响规律,继而探讨能量桩在群桩中的布置形式对土体综合热导率系数的影响规律。研究结果表明,基于传统地源热泵测试所发展起来的土体综合热导率系数线热源分析方法,并不适用于分析基于能量桩现场实测所获得的相关数据;有必要推导一套考虑桩径影响的、适用于能量桩的土体综合热导率系数测试与计算分析方法。 相似文献