EGS热流固耦合模型与数值模拟在干热岩开采中的应用

"增强型地热系统热流固耦合模型及数值模拟" 增强型地热系统（EGS）是一种创新的地热能开采技术，它主要针对干热岩（HDR）资源，通过水力压裂在地下高温岩体中形成人工热储，进而利用循环的载热流体提取地热能。这一过程涉及到渗流、热能交换以及岩体的机械变形，因此，EGS的开采是一个典型的热流固（THM）耦合问题。 在本文中，作者孙致学、吕抒桓和徐杨探讨了EGS的THM耦合模型及其数值模拟。他们将裂隙岩体视为由离散裂隙网络和基质岩体组成的双重介质，并建立了相应的THM耦合数学模型。这个模型考虑了裂隙网络对热能传输和流体流动的影响，以及这些过程对岩体应力和应变状态的影响。 为了实现这一模型的数值求解，研究团队利用了商业有限元软件COMSOL Multiphysics进行二次开发，构建了一个能够同时解决温度场、渗流场和应力场的全耦合求解程序。通过一个已知解析解的算例，他们验证了所建立的耦合模型和求解方法的正确性。 进一步，作者们运用随机生成的二维裂隙网络模型来模拟EGS的运行情况。通过模拟，他们分析了干热岩储层内部渗流、温度、应力和变形的分布规律，强调了考虑THM耦合作用对于理解EGS的能源利用效率和运行特性的重要性。 关键词：干热岩、增强型地热系统、裂隙岩体、热流固耦合、数值模拟 该研究为EGS的优化设计和高效运行提供了理论基础，有助于提升地热能的可持续开发和利用。通过深入理解和模拟THM耦合作用，可以更好地预测和控制EGS开采过程中的各种复杂现象，减少潜在的地质风险，提高能源回收率。