流热耦合下组合岩体导热系数研究：实验与数值模拟

本文主要探讨了流热耦合作用下组合岩体等效导热系数的研究，这是煤炭工程领域的一个关键课题，尤其是在理解和预测复杂地质环境中岩体的热行为方面。研究者王宏伟和荣航，来自辽宁工程技术大学科学技术处，针对含有裂隙和流体的组合岩体，采用理论分析、数值计算和实验研究的多角度方法进行深入探讨。 首先，他们基于传热学和热动力学的理论基础，构建了一个计算模型，该模型综合考虑了不同性质岩石的热传导特性以及裂隙流体的对流换热效应。在流热耦合条件下，这种综合考虑使得模型能够准确地预测组合岩体在实际应用中的热传递性能。 其次，利用有限元数值模拟技术，研究人员模拟了岩石的孔隙结构，进而建立了在孔隙被空气或水填充情况下，组合岩体的等效导热系数的经验统一方程。这种方法使得研究人员能够在不同孔隙度和流体类型的情景下，对导热性能有全面的理解。 实验测试部分，他们专门研究了裂隙流体与岩体之间的对流换热系数，揭示了其与流速和温差之间的关系。这一发现对于理解在实际环境变化下的热交换动态至关重要。 最后，通过综合分析，研究指出在低流速和小温差的环境下，对流换热的阻力相对较小，而裂隙宽度和流体的导热特性对组合岩体的导热系数有显著影响。然而，在高流速和大温差条件下，对流换热的影响超越了裂隙流体的热阻，导致组合岩体的导热系数显著增加。这项研究成果对于岩体热传导工程、地下开采过程中的热管理以及地热能开发等领域具有重要的实践指导意义。 这篇文章深入剖析了流热耦合作用对组合岩体导热性质的影响，为优化矿产开采工艺、防止温度失控和环境保护提供了科学依据。同时，其研究方法和成果也为其他类似地质系统中热传导特性研究提供了有价值的经验和参考。