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深冻结井筒温度场扩展规律数值分析汇报人：2024-01-13

引言深冻结井筒温度场基本理论数值分析方法及模型建立深冻结井筒温度场扩展规律数值模拟实验研究与结果分析结论与展望

引言01

深冻结井筒温度场研究的重要性深冻结井筒是地下工程中常见的结构形式，其温度场分布对井筒稳定性和安全性具有重要影响。因此，研究深冻结井筒温度场的扩展规律对于指导工程设计、优化施工参数具有重要意义。温度场扩展规律研究的必要性随着地下工程建设的不断深入，深冻结井筒所面临的温度环境日益复杂。传统的经验公式或简化模型已无法满足精确分析的需求，因此开展深冻结井筒温度场扩展规律的数值分析显得尤为重要。研究背景和意义

国内外研究现状目前，国内外学者在深冻结井筒温度场研究方面已取得了一定成果，包括建立温度场数学模型、开展数值模拟分析等。然而，现有研究多侧重于单一因素或简化条件下的分析，对于复杂条件下的温度场扩展规律研究仍显不足。发展趋势随着计算机技术的不断发展和数值模拟方法的不断完善，未来深冻结井筒温度场研究将更加注重多因素耦合作用下的精细化分析。同时，结合人工智能、大数据等先进技术，实现温度场实时监测与预测将成为可能。国内外研究现状及发展趋势

本研究旨在通过数值分析方法，探究深冻结井筒在复杂温度环境下的温度场扩展规律。具体内容包括建立深冻结井筒温度场数学模型、开展多因素耦合作用下的数值模拟分析、揭示温度场扩展规律等。研究内容本研究将采用有限元法、有限差分法等数值分析方法，结合实验数据和现场监测数据，对深冻结井筒温度场进行精细化模拟和分析。同时，将运用统计学方法对模拟结果进行归纳和总结，揭示温度场扩展规律。研究方法研究内容和方法

深冻结井筒温度场基本理论02

物体内部各点温度的集合，描述物体温度随空间和时间的变化。温度场定义等温线/等温面温度梯度同一时刻，温度相同的各点连接成的线或面。表示温度场在空间中的变化率，即温度的空间导数。030201温度场基本概念

通过制冷系统向井筒周围土体提供冷量，使土体降温冻结。井筒冻结过程随着冷量的持续输入，冻结锋面向外推进，形成冻结壁。冻结锋面推进冻结过程中，井筒周围土体的温度场不断发生变化，直至达到稳定状态。温度场动态变化深冻结井筒温度场形成机理

土体性质冷量输入井筒结构环境条件温度场扩展规律影响因素土体的导热系数、比热容等热物理性质影响温度场的扩展速度和范围。井筒的尺寸、形状和材料对温度场的分布和扩展也有一定影响。制冷系统的冷量输出和输入方式（如盐水流量、温度等）直接影响温度场的形成和扩展。地温、环境温度和风速等外部条件会影响井筒周围土体的热交换过程，从而影响温度场的扩展。

数值分析方法及模型建立03

有限差分法01将求解区域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域，通过构造差商代替偏导数，将偏微分方程转化为代数方程进行求解。有限元法02将连续的求解域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体，通过构造插值函数分片逼近原函数，将偏微分方程转化为线性方程组进行求解。边界元法03只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件，从而化为求解边界积分方程的问题。数值分析方法介绍

根据深冻结井筒的实际结构和热工参数，建立相应的物理模型，包括井筒的几何形状、材料属性、边界条件等。建立深冻结井筒的物理模型根据深冻结井筒的特点和求解要求，选择合适的数值分析方法，如有限差分法、有限元法或边界元法。选择合适的数值分析方法在确定数值分析方法后，根据物理模型和所选方法的要求，构建相应的数值模型，包括网格划分、插值函数选择、方程离散化等。构建数值模型深冻结井筒温度场数值模型建立

模型验证与参数确定模型验证通过与其他方法或实验结果的对比，验证所建数值模型的正确性和可靠性。可以采用一些经典的算例或实验数据进行验证。参数确定根据深冻结井筒的实际情况和求解要求，确定数值模型中的相关参数，如材料的热物性参数、边界条件等。这些参数可以通过实验测定或经验公式获得。

深冻结井筒温度场扩展规律数值模拟04

冻结时间对温度场的影响研究不同冻结时间下温度场的变化规律，为确定合理的冻结时间提供依据。地层温度对温度场的影响分析地层温度对深冻结井筒温度场的影响，为针对不同地层条件制定合理的冻结方案提供参考。冻结管间距对温度场的影响通过数值模拟，分析不同冻结管间距下温度场的扩展规律，得出合理的冻结管间距范围。不同工况下温度场扩展规律分析

冻结管直径对温度场的影响通过模拟不同直径的冻结管在相同条件下的温度场扩展情况，探讨冻结管直径对温度场的影响。冻结液流量对温度场的影响研究不同冻结液流量下温度场的变化规律，以确定合理的冻结液流量范围。冻结液温度对温度场的影响分析冻结液温度对深冻结井筒温度场的影响，为制定合适的冻结液温度提供依据。不同参数对温度场扩