[发明专利]基于热导率各向异性介质的三维地温场数值模拟方法

说明书

基于热导率各向异性介质的三维地温场数值模拟方法，构建内部包含三维异常体的三维棱柱体模型并对其进行网格剖分，根据热物理参数的分布情况，给三维棱柱体模型中的每个剖分节点的热物理参数赋值，其中热导率为张量；计算空间域背景场温度，将其作为初始空间域温度总场；基于热物理参数以及当前空间域温度总场计算空间波数混合域异常温度场；对空间波数混合域异常温度场进行二维傅里叶逆变换，得到空间域异常场温度；基于空间域背景场温度和空间域异常场温度，得到新的空间域温度总场；不断迭代，直至迭代获得的新的空间域温度总场满足迭代收敛条件。本发明实现了热导率各向异性介质的三维地温场高效、高精度的数值模拟。

技术领域

本发明属于地温场数值模拟技术领域，特别涉及一种基于热导率各向异性介质的三维地温场数值模拟方法。

背景技术

地热能作为一种绿色能源，有着越来越广阔的应用前景。研究地温场数值模拟对地热理论的发展、地热能的开采和利用有着重要的经济价值和社会意义。

目前地温场数值模拟存在的缺陷是：常规的地温场数值模拟方法(如有限单元法、有限差分法、边界单元法、有限体积法)都是在空间域中进行计算，要在大规模复杂介质中达到较高的精度要求，需对模型进行精细剖分，剖分单元数目多，导致存储量大，计算时间长。

在实际的复杂地质情况下，一方面三维地热勘探方法和勘探系统中所用到的地温场数值模拟方法面临着计算量大、计算效率低的问题，另一方面岩石的热导率多具有各向异性，在地温场数值模拟中是有必要考虑热导率的各向异性的。因此需要从各向异性角度去提出一种三维地温场的数值模拟方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对目前的有限单元法、有限差分法、边界单元法等常规方法在处理大规模温度场数值模拟时计算量大、存储要求高的现状，本发明旨在提出一种基于热导率各向异性介质的三维地温场数值模拟方法。

为实现上述技术目的，本发明提出的技术方案为：

一方面，本发明提供一种基于热导率各向异性介质的三维地温场数值模拟方法，包括：

S1.确定三维异常体，确定内部包含所述三维异常体的目标区域，并构建目标区域的三维棱柱体模型；

S2.对所述三维棱柱体模型沿x、y、z方向进行网格剖分，剖分得到一系列的剖分节点以及三维棱柱体模型的网格剖分参数；

S3.根据目标区域的热物理参数的分布情况，给三维棱柱体模型中的每个剖分节点的热物理参数，热物理参数包括热导率、生热率，其中热导率为张量；

S4.计算空间域背景场温度，将其作为初始空间域温度总场；

S5.基于热物理参数以及当前空间域温度总场计算空间波数混合域异常温度场；

S6.对空间波数混合域异常温度场进行傅里叶逆变换，得到空间域异常场温度；

S7.基于空间域背景场温度和空间域异常场温度，得到新的空间域温度总场；

S8.设定迭代收敛条件，如新的空间域温度总场满足迭代收敛条件，则输出新的空间域温度总场，否则将新的空间域温度总场作为下一次迭代中的当前空间域温度总场，返回S5。

另一方面，本发明提供一种基于热导率各向异性介质的三维地温场数值模拟装置，包括：

第一模块，用于确定三维异常体，确定内部包含所述三维异常体的目标区域，并构建目标区域的三维棱柱体模型；

第二模块，用于对所述三维棱柱体模型沿x、y、z方向进行网格剖分，剖分得到一系列的剖分节点以及三维棱柱体模型的网格剖分参数；

第三模块，用于根据目标区域的热物理参数的分布情况，给三维棱柱体模型中的每个剖分节点的热物理参数，热物理参数包括热导率、生热率，其中热导率为张量；