Введение 3
1. Понятие конвекции в геофизике 4
2. Естественная тепловая конвекция в скважинах 9
2.1. Численное моделирование 9
2.2. Результаты моделирования и экспериментальные данные 14
Вывод 19
Список использованной литературы 20
Читать дальше
Привлечение аппарата численного моделирования для исследования конвекции в скважинах определяется сложностью наблюдений ее пространственной структуры в реальных условиях. Проведенное численное 3D-моделирование показало, что конвективные течения в высоком вертикальном канале квадратного сечения вдали от верхней и нижней границ представляют собой систему восходящих и нисходящих винтовых струй, сосредоточенных в центральной части канала, и вихрей меньшего масштаба вблизи его стенок. Пространственная структура течений и температурных возмущений постоянно меняется, что обеспечивает температурные вариации в широком временном диапазоне – от первых минут до нескольких суток.
В центральной части канала температурные возмущения характеризуются более высокой амплитудой за счет выраженной низкочастотной компоненты. Несмотря на очевидное отличие использованного в нашей модели канала квадратного сечения от круглого, эти условия близкие к реальной скважине.
Результаты моделирования в целом согласуются с экспериментальными данными.
Отмеченные различия, вероятно, связаны с тем, что в модельном примере из-за огромного объёма вычислений приходится ограничиваться достаточно низкими значениями числа Рэлея. Так, число Рэлея для условий скважины Kun-1 более чем на порядок превосходит модельное. С этим связано появление в эксперименте высокочастотных колебаний, указывающих на переход к турбулентному режиму.
Читать дальше
1. Ананьев П.А., Волков П.К. Естественная конвекция в канале и цилиндре при нагреве снизу // Математическое моделирование.2004. Т.16. N.1
2. Гершуни Г. Э., Жуховиций Г. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.:Наука.,1972
3. Дедеев В.А.,Куликов П.К.: «Происхождение структур земной коры» [Электронный ресурс] // Тепловые конвекции в мантии. http://www.gemp.ru/article/204.html
4. Девяткин В.Н. Влияние естественной конвекции на температуру в вертикальных скважинах //Экспериментальные исследования процессов теплообмена в мерзлых горныхпородах. М., Наука, 1972
5. Демежко Д. Ю., Юрков А. К., Уткин В. И., Щапов В. А. Температурные изменения в скважине Kun-1 (о. Кунашир), вызванные землетрясением Тохоку (11.03.2011 г., M = 9.0) // Доклады академии наук, 2012.Т.445,.№2
6. Демежко Д.Ю., Юрков А.К., Уткин В.И., Климшин А.В. О природе температурных вариаций в скважине Kun-1 (о. Кунашир) //Геология и геофизика, 2012, T.53, № 3
7. Дмитриев А. П., Гончаров С. А. Термодинамические процессы в горных породах. Учебник для вузов. М., Недра, 1983
8. Остроумов Г.А. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи. Гостехиздат. Москва-Ленинград. 1952
9. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород: Учебник для вузов,—4-е изд., перераб. и доп.—М.: Недра, 1984
10. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука. 1989
11. Симкин Э.М. Основы термодинамики горных пород. Учебник для вузов. Изд-во: Институт компьютерных исследований НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2011
Читать дальше