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在水利水电工程、地热开采、地下核废料储存以及地下石油开采中,存在大量的由裂隙岩体构成的流固接触界面。水工建筑物表面及内部存在大量的与水、空气等流体接触的表面,例如大体积混凝土内部通常布置有大量的冷却水管,坝体上游面与水接触,下游面与空气接触。因此,研究流固接触界面的传热规律具有重要的指导意义。 利用有限单元法程序对流固接触传热进行数值模拟,具有相对廉价性和有效性、灵活性,成为流固接触传热研究的一种重要方法。本文在总结国内外流固传热研究的基础上,利用自编的流固耦合热传导程序,分别研究了流速、导热系数、粗糙度等因素对接触传热的影响,综合分析多因素情况下耦合接触传热规律。 (1)建立了流固耦合传热控制微分方程。利用迎风加权方法得到了控制方程的空间离散有限元格式。编写了平面及轴对称流固接触传热有限元计算分析程序,并对其正确性、收敛性、数值稳定性进行了考证。 (2)研究了流固接触传热中流体流速对等效换热系数的影响,结果表明等效换热系数随流体流速的增加而增大,且呈对数函数关系。 (3)分析了流体和固体的导热系数对等效换热系数的影响,表明等效换热系数跟流体导热系数的相关性较大,并且等效换热系数与流体导热系数成对数函数关系。 (4)研究了固体粗糙度与等效换热系数的关系,计算表明当流体流速不变时,在本文简化的1~6mm粗糙度范围内,等效换热系数与绝对粗糙度呈线性增加关系。 (5)计算分析了裂隙岩体水-岩耦合传热规律,在裂隙水流速不变条件下,裂隙宽度变化对水流耦合传热的影响并不显著。裂隙单宽一定时,周边岩体温度场分布对裂隙水流速较为敏感。当裂隙岩体温度高于裂隙水温时,裂隙周边区域的岩石温度随裂隙水流速增大而呈非线性递减趋势。裂隙内渗流流速是决定裂隙岩体温度场的主要因素。