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增强型地热系统热流固耦合过程数值模拟研究
增强型地热系统热流固耦合过程数值模拟研究
摘要：随着能源需求的不断增长，地热能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注。然而，由于地热系统中涉及到复杂的热流固耦合过程，传统的分析方法难以全面、准确地描述这些过程。因此，为了更好地理解和优化地热系统的性能，数值模拟成为一种重要的研究方法。
本论文通过数值模拟的方法，研究了增强型地热系统中的热流固耦合过程。首先，建立了数学模型，包括热传导方程和流体流动方程。然后，采用有限元方法对模型进行离散化处理，并通过计算机程序进行数值求解。最后，根据模拟结果，分析了增强型地热系统中热流固耦合过程的特点和影响因素。
在模拟过程中，我们考虑了地热井周围的温度场、热传导场和流体流动场的相互作用。通过改变地热井的温度和流体注入速度等参数，我们研究了增强型地热系统中热流固耦合过程的变化规律。模拟结果表明，地热井温度的升高会导致地热系统中热传导和流体流动的强化，从而提高系统的热能输出效率。
此外，我们还考虑了地热井周围岩体的热膨胀和孔隙渗流对地热系统的影响。通过模拟不同参数下的热膨胀和渗流过程，我们发现地热井周围岩体的热膨胀会导致地热系统中的温度场和应力场的变化，进而影响系统的热传导和流体流动。因此，在增强型地热系统中，合理控制地热井的温度和流体注入速度，以及岩体的热膨胀和渗流，对系统的运行和优化具有重要意义。
总结起来，本论文通过数值模拟的方法研究了增强型地热系统中的热流固耦合过程。模拟结果表明，地热井温度的升高和温度场、热传导场和流体流动场的相互作用对系统的热能输出效率具有重要影响。此外，研究还发现地热井周围岩体的热膨胀和孔隙渗流对地热系统的运行和优化起着重要作用。因此，本研究对于进一步优化地热系统的性能以及推动地热能的可持续发展具有一定的指导意义。
关键词：地热能；增强型地热系统；热流固耦合；数值模拟；热传导；流体流动；热膨胀；渗流
Abstract:Withtheincreasingdemandforenergy,geothermalenergyhasattractedwideattentionasacleanandrenewableformofenergy.However,duetothecomplexthermal-fluidcouplingprocessesinvolvedingeothermalsystems,traditionalanalysismethodsareunabletocomprehensivelyandaccuratelydescribetheseprocesses.Therefore,inordertobetterunderstandandoptimizetheperformanceofgeothermalsystems,numericalsimulationhasbecomeanimportantresearchmethod.
Inthispaper,thethermal-fluidcouplingprocessesinanenhancedgeothermalsystemarestudiedthroughnumericalsimulation.Firstly,amathematicalmodelisestablished,includingheatconductionequationandfluidflowequation.Then,themodelisdiscretizedusingthefiniteelementmethodandnumericallysolvedusingcomputerprograms.Finally,basedonthesimulationresults,thecharacteristicsandinfluencingfactorsofthethermal-fluidcouplingprocessesintheenhancedgeothermalsystemareanalyzed.
Inthesimulationprocess,theinteractionbetweenthetemperaturefield,heatconductionfieldandfluidflowfieldaroundthegeothermalwellisconsidered.Byvaryingparameterssuchasthetemperatureofthegeothermalwellandtheinjectionvelocityofthefluid,thevariationlawofthethermal-fluidcouplingprocessesintheenhancedgeothermalsystemisstu