沉积盆地内侵入岩席对富含有机质围岩热影响的热传输模型研究

以澳大利亚Gunnedah盆地Bellata-1井作为实例,采用3种主要的热传导模型,数值模拟了火成侵入岩席对相邻烃源岩的热影响.结果表明:(1)假设岩浆瞬间侵入且考虑地层孔隙水气化的复杂热传导模型估计的围岩的接触温度最高,假设岩浆瞬间侵入但忽略地层孔隙水气化的简单热传导模型次之,而假设岩浆缓慢侵入的简单热传导模型的估计值最低.(2)岩浆瞬间侵入的简单热传导模型预测的岩席对围岩的热影响范围最高,缓慢侵入的热传导模型最低,岩浆的缓慢侵入方式在降低侵入体对相邻围岩的热影响方面,可以比孔隙水的气化作用更为显著.(3)岩浆瞬间侵入的简单热传导模型的计算结果与镜质体反射率温标最为吻合,说明岩浆为瞬间侵入且孔隙水的气化及流动在低渗透率且超高压的地层内受到了限制.     

火成侵入体对相邻烃源岩成熟度影响的模型研究

根据不同的岩浆侵入地层方式以及围岩内孔隙水是否发生气化建立了四种热传导模型,以苏格兰西北部Skye岛的辉绿岩岩墙为实例分别采用这四种热传导模型数值模拟了侵入体相邻泥质烃源岩有机质的成熟度。模拟结果显示:(1)岩浆的侵入方式能显著地影响热传导模型对侵入体围岩成熟度的预测,岩浆有限时间侵入方式的假设下热传导模型所预测的镜质体反射率(Ro)与假设岩浆瞬间侵入方式的模型相比,最大偏差处低2.13%～2.59%;(2)当岩浆侵入方式相同时,考虑孔隙水气化的模型预测的Ro普遍低于不考虑孔隙水气化的模型。孔隙水气化引起Ro的最大偏差达0.71%～0.91%,明显低于岩浆的侵入方式对围岩成熟度预测结果的影响;(3)不考虑围岩内孔隙水的气化且假设岩浆有限时间侵入地层的热传导模型所预测的Ro与实测值十分吻合,说明岩浆侵入方式应为有限时间侵入且围岩孔隙水的气化作用不显著,该模型是否适用于其他地区,还有待于进一步研究。     

非等温条件下土体固结变形及溶质运移规律分析

为探究非等温条件下黏土垫层固结变形及溶质运移规律,将综合考虑力学固结、化学-渗透固结及热固结影响的热-水-力-化(THMC)全耦合模型与水-力-化(HMC)耦合模型进行对比分析,研究了温度差对孔隙水压力、土体变形及溶质运移进程的影响.结果 表明,垫层上下边界温度差可加快负孔隙水压力消散,增大土体沉降峰值及回弹量,提高溶质运移速率.随着黏土垫层上下边界温度差的增加,温度差对孔隙水压力、土体变形及溶质运移进程的影响程度进一步加大.当模拟时间为50 a,温度差为40℃时,与HMC模型相比,THMC模型所对应的负孔隙水压力峰值减小42％,土体沉降回弹量扩大5.4倍,溶质击穿时间缩短11.4 a.该研究可为填埋场防渗垫层设计及服役性能评估提供参考.     

地表温度异常机理及热红外遥感监测——以河南焦作煤层气富集区为例

在地表能量辐射平衡理论分析的基础上,从岩石热传导、土壤热传导以及煤层气储层影响热导率等方面分析了地下热传导,探讨了地球内部热量传递导致地表温度异常的原因.选择河南焦作煤层气富集区作为热红外遥感监测靶区,运用ASTER热红外遥感数据进行温度反演.首先利用大气辐射传输模型MODTRAN 4进行大气校正获得大气透过率,然后根据NDVI计算地表比辐射率,最后采用分裂窗简化算法反演地表温度.结果表明: 研究区温度反演最低为296.62K,最高为302.67K,部分研究区呈现显著温度异常.通过分析该区域温度异常的不同原因,注意到富含煤层气对应的靶区呈现温度异常,根据地下热传导机理,据此推断该靶区温度异常是由于地下煤层富含煤层气从而导致地下热导率低于周围地层的热导率所致,该结论仍需要应用其他手段进一步验证.     

井口头锻件用AISI 4140钢高温热压缩变形行为研究

利用Gleeble-3500热力模拟试验机,在温度850～1 200℃、应变速率为0.1～10 s-1,真应变约为0.9的条件下,研究了井口头锻件用AISI 4140钢的热压缩变形行为.采用双曲正弦模型建立了该材料的高温变形本构方程并绘制了热加工图.结果表明:在热压缩过程中,变形温度升高,峰值应力随之减小;而应变速率增...     

利用FLUENT研究矿井干燥巷道围岩对风流传热

为研究围岩对风流温度的影响,分析了围岩调热圈形成的各时期及影响调热圈的因素,利用FLUENT对干燥巷道风流受围岩传热的影响进行模拟.研究结果表明:巷道内风流速度相对较小时,围岩对风流温度的影响就相对明显;随着风流距离入风端距离的增加,风流温度的变化与巷道围岩调热圈半径变化相关;风流温度在变化过程中分为3个阶段:初期阶段,缓步阶段与稳定阶段;在巷道风流温度变化的各阶段中初期阶段所占长度比例为77.2%,缓步阶段所占长度比例为11.55%,稳定阶段所占长度比例为11.25%.     

地表温度异常机理及热红外遥感监测——以河南焦作煤层气富集区为例

在地表能量辐射平衡理论分析的基础上,从岩石热传导、土壤热传导以及煤层气储层影响热导率等方面分析了地下热传导,探讨了地球内部热量传递导致地表温度异常的原因。选择河南焦作煤层气富集区作为热红外遥感监测靶区,运用ASTER热红外遥感数据进行温度反演。首先利用大气辐射传输模型MODTRAN 4进行大气校正获得大气透过率,然后根据NDVI计算地表比辐射率,最后采用分裂窗简化算法反演地表温度。结果表明:研究区温度反演最低为296.62K,最高为302.67K,部分研究区呈现显著温度异常。通过分析该区域温度异常的不同原因,注意到富含煤层气对应的靶区呈现温度异常,根据地下热传导机理,据此推断该靶区温度异常是由于地下煤层富含煤层气从而导致地下热导率低于周围地层的热导率所致,该结论仍需要应用其他手段进一步验证。     

秸秆纤维复合墙体的湿热耦合特性及热爆机理

通过非稳态热流法和PCK实验装置测定秸秆纤维复合墙体的基本热物理量,研究了温度对秸秆纤维复合墙体的热传导和湿迁移特性的影响,并得到了导热系数、湿迁移系数与温度的简化关系式.考虑秸秆纤维增强水泥非均匀的材料特性,建立了秸秆纤维复合墙体在火灾条件下的一维湿热耦合数值分析模型,实现了材料试件由裂纹萌生、扩展到贯通的全过程数值模拟.对比不同时刻材料试件的温度分布、压力分布和裂纹深度,研究了各试件的峰值强度、裂纹深度和爆裂特性.对不同含水率的秸秆纤维复合墙体进行受热后的现场测试,验证材料的热爆性能及数值分析结果,结果表明:两者基本一致,且湿迁移系数越大,压力峰值越大,材料越不易爆裂.     

核电用奥氏体不锈钢的动态再结晶行为

利用 Gleeble-1500D 热模拟试验机对316LN 奥氏体不锈钢进行单道次热压缩试验,分别设置变形温度为900~1200℃、应变速率为0. 001~10 s-1、真应变为0. 1~0. 9及试样的初始晶粒度为122~297μm之间,以研究热变形条件及初始晶粒度对316LN钢动态再结晶行为的影响. 对试验数据进行处理,得到临界应变与峰值应变以及临界应力与峰值应力的比值分别为0. 38和0. 89,建立了动态再结晶动力学方程和晶粒尺寸演变方程. 对建立的动态再结晶模型进行修正,将修正后的模型嵌入DEFORM-3D有限元模拟软件中进行计算,发现修正模型的模拟值和试验值符合较好,证明修正模型的准确性.     

液体回灌对生活垃圾好氧反应温度变化影响的模拟预测

好氧反应过程中的温度变化模拟预测,对于垃圾填埋场好氧通风系统的安全运行具有重要意义。在热释放守恒定律的基础上,建立了考虑液体回灌条件下生活垃圾好氧反应过程中的热平衡方程。将氧气消耗速率引入热释放速率模型中,并提出两阶段氧气消耗速率模型来描述好氧反应过程中的热释放效应。开展了通风强度、回灌条件和等效热传导系数对好氧反应过程中垃圾堆体温度变化影响的模拟,结果表明：气体交换导致垃圾堆体的峰值温度至少下降3.6%,液体回灌使垃圾温度降低超过24.1%;液体回灌量从500ml/周增加到1500ml/周,垃圾峰值温度下降29.1%;回灌液体温度每相差10 ,对垃圾温度的影响最多可达4.0 ;随着等效热传导系数从0.3升到1.0,垃圾峰值温度逐渐降低,达到峰值强度的时间提前25.9%,后期温度下降幅度变小。以上成果为好氧通风系统运行过程中温度预测及安全调控提供了理论依据。     

岩浆活动热模拟及其对烃源岩热演化作用模式研究

沉积盆地中岩浆的侵入会导致盆地地温史的变化,岩浆所携带的巨大热能会加快有机质的成熟,影响油气的生成和保存。通过对席状岩浆侵入体散热过程的热模拟得出：(1)侵入体冷却速度很快,一般不超过一个百万年;(2) 距侵入体上下距离相同的围岩过热温度演化史基本相同,侵入温度只影响围岩过热温度的幅度,不影响热传递的速率;(3) 侵入体对上下围岩干酪根成熟度的影响程度大致相同,影响范围较小,大致为侵入体厚度的两倍。通过研究,将岩浆活动对烃源岩热演化作用模式分为近灶亚模式、中灶亚模式和远灶亚模式,并给出了三种亚模式划分的原则和方法。     

临沂煤田岩浆活动规律

临沂煤田的侵入岩主要为燕山晚期的中基性岩类,以闪长玢岩最发育。产状有岩床、岩脉、岩鞍等。侵入规律是:纵向上山西组侵入最严重,3煤尤其强烈。横向上以距郯庐断裂带远近而强弱呼应,说明受郯庐断裂控制非常明显。     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。     

沙南凹陷新生代断裂发育特征及控藏作用

为明确沙南凹陷新生代断裂活动特征以及对油气富集的控制作用,利用高精度三维地震资料及钻井资料,对研究区主要断裂的几何学特征、运动学特征开展研究,并对断裂活动对烃源岩、储层、圈闭及油气运移的控制作用进行了探讨。结果认为：研究区断裂可划分为三级及上、下两套断裂系统,孔店组~沙三段沉积期、东营组沉积期是断裂活动高峰期;高活动速率主要同沉积断层下降盘为优质烃源岩发育区,凹陷北侧不同类型断层边界决定了多种类型砂体发育模式,断裂作用控制了构造及岩性圈闭的形成,断裂及断裂砂体耦合是研究区主要的油气运移通道;发育凹陷内部中央隆起区南北两侧“断控”双通道近源成藏、凹陷北侧陡坡带“断-砂耦合”阶梯状网毯输导远源成藏、凹陷斜坡下部“断控”前缘砂体源内成藏三种断裂控藏模式;凹陷北侧深层岩性圈闭、凹陷北侧陡坡带中浅部构造圈闭是后续有利勘探方向。     

岩石导热各向异性对干热岩热量富集的影响

干热岩的勘探开发近年来已成为学术界的研究热点,但相关研究大多是从开发角度进行研究,而对干热岩中热量富集传递的研究甚少.为了解干热岩岩体中热量富集与传导机理,通过对前人研究成果的整理与总结,结合构造地质学、传热学、地热学、矿物岩石学等理论方法,进行岩石三轴热导率的实验.结果表明,岩石的三轴热导率存在差异,使得地下热流在岩...     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

太阳能斯特林热机循环热损失及热效率数值分析

基于实用施密特循环理论,在考虑流动阻力损失的基础上,建立太阳能斯特林热机的循环热损失及热效率数学模型.运用碟式太阳能斯特林热机的一个实例,着重分析了太阳能斯特林热机的各种热损失及热效率.研究结果表明：在各种热损失中,导热损失和穿梭传热损失所占的幅度相对较大,其中导热损失最显著.各种热损失与太阳能斯特林发动机的多种结构参数和设计性能参数密切相关,增加加热管内壁的温度,降低转速值可提高循环热效率.当热腔的温度大于750 K时,太阳能斯特林热机的循环热效率值将在卡诺效率值的65%~80%之间浮动.     

利用矿井低温岩层预冷入风流的实验研究

基于矿区浅部岩层的低温制冷效应,分析了金洲矿业集团金青顶矿区地温分布状况,研究了入风流与岩壁之间热湿交换过程,提出了一套利用低温岩层预冷入风流的降温系统。实验结果表明,金青顶矿区恒温带原始岩温常年保持12℃左右,垂直深度为55-65m之间的区域;利用标高为-155m以上的浅部岩层预冷入风流是可行的。