岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2): 703-716.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0312CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0312
王志良1,肖智桓1,申林方1,李邵军2
WANG Zhi-liang1, XIAO Zhi-huan1, SHEN Lin-fang1, LI Shao-Jun2
摘要: 为了研究岩石裂隙中的渗流传热耦合作用机制,基于物理信息神经网络方法,将表征流体渗流流动的Navier-Stokes方程与传热过程的对流-扩散方程作为物理约束嵌入神经网络的训练过程,并引入温度依赖的运动黏度动态反馈机制建立了模拟流体渗流流动与传热过程耦合作用的数值计算模型。结合经典Poiseuille流传热问题,验证了计算模型的准确性,并与有限元计算结果对比,证明了其在处理不规则几何边界问题时的稳定性。最后,研究了流体运动黏度、渗流流速(水力梯度、裂隙开度、壁面粗糙程度等)和裂隙壁面温度等因素对流体渗流传热耦合作用机制的影响。研究结果表明:若考虑温度对流体运动黏度的影响,则裂隙中心区最大流速从0.53 mm/s提升至1.92 mm/s,增大了262.3%。流速差异进一步影响温度场分布,导致裂隙中心温度从160.1 ℃下降至110.2 ℃,降低了31.2%。水力梯度从1 Pa/m增加至4 Pa/m的过程中,对流热通量峰值显著增大,且增幅远高于扩散热通量,导致核心区流体温度下降了42.3%。裂隙开度增加引起的流速提升能够有效削弱边界层厚度,显著增强传热效率。裂隙壁面分形维数增加,使得流动阻力增大,有利于裂隙通道的热传递,导致裂隙出口处流体温度提高。当裂隙壁面温度从100 ℃升至200 ℃时,流体运动黏度峰值降低了55.7%,渗流流速峰值增幅达126.7%,核心区温差增大了372.4%。
中图分类号: TV 139.1| [1] | 黄浚鸣, 赵向阳, 马洪岭, 王磊, 张佳敏. 盐穴压缩空气储能耦合沉渣储热的综合利用可行性分析研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(2): 373-382. |
| [2] | 张桂民, 孙文卿, 朱泽凡, 苏永康, 朱旭聪. 施工缝隙对压气储能硐室钢衬受力的影响研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(2): 485-496. |
| [3] | 李博, 唐敏, 刘蓉蓉, 谢雨施, 邹良超, 石振明. 岩石正交裂隙内浆液驱替动水机制研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(1): 337-348. |
| [4] | 付强, 杨科, 刘钦节, 宋涛涛, 吴犇牛, 于鹏, . 交变荷载下围岩−衬砌组合结构界面强度特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 40-52. |
| [5] | 金解放, 熊慧颖, 肖莜丰, 彭孝旺. 岩石超声波对三维地应力的敏感性及传播衰减特性试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 183-194. |
| [6] | 李晓照, 闫怀蔚, 李连杰, 戚承志. 预拉脆性岩石动态直接拉伸断裂的宏细观力学模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 217-227. |
| [7] | 李槟, 申海萌, 李琦, 李霞颖, . 不同围压条件下花岗岩剪切过程渗透率动态演化规律数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 437-453. |
| [8] | 孙志亮, 邵敏, 王叶晨梓, 刘忠, 任伟中, 柏巍, 李朋, . 管道破损诱发地面沉降细观模拟与影响因素分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 507-518. |
| [9] | 苗日成, 唐贝, 祁飞, 江志安, 崔溦, . 随机裂隙岩体滚刀破岩过程离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 541-552. |
| [10] | 刘一鸣, 李振, 冯国瑞, 杨鹏, 白锦文, 黄炳雄, 李东, . 循环加卸载下裂隙砂岩声−热响应特征及前兆规律[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2773-2791. |
| [11] | 黄德昕, 温韬, 陈宁生, . 考虑能量演化的岩石残余强度确定方法[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2825-2836. |
| [12] | 王昕琪, 冯子军, 陈正男, 高祺, 阴伟涛, 靳佩桦, 李玉彬, . 超临界水作用下花岗岩裂隙渗流特性演化规律研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2847-2858. |
| [13] | 王邺, 王述红, 张泽, 韩博文, 杨润生, . 裂隙及水幕影响下的水封洞库油品运移范围研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2907-2928. |
| [14] | 董源, 胡英国, 刘美山, 李庚泉, 马晨阳. 均质岩石高边坡开挖爆破累积损伤的演化机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2929-2942. |
| [15] | 孙闯, 蒲云波, 敖云鹤, 陶琦, . 冻融饱水裂隙砂岩力学特性及细观破裂演化特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2339-2352. |
|
||