增强地热能中的热传递建模：固体、注入与居住流体的三温度方法
数值分析
2026-04-23 v1 数值分析
摘要
增强地热系统（Enhanced geothermal systems, EGS）涉及在裂隙多孔介质中的强耦合、迁移支配的流动与热传递。常规模型通常假设局部热平衡，采用单一有效流体温度或（至少）平均孔隙流体温度，因此只能间接推断注入冷流体的热演化。本文发展一种局部热非平衡（local thermal non-equilibrium, LTNE）模型，显式解析注入流体随其通过储层并与热岩石和居住流体交换热量的温度。关键要素是一种浓度变量，用于追踪注入流体并在岩石、居住流体和注入流体之间的三向 LTNE 耦合中发挥作用。该框架在连续介质尺度上区分了新注入流体包裹如何通过导热和对流交换受热，预测生产井温度，而无需依赖体积平均。为离散化结果为非线性、迁移支配的系统，采用丰富 Galerkin（EG）有限元方法用于达西流、温度和浓度，实现相对较少的自由度的局部质量守恒。我们进一步设计了 flux-corrected transport（FCT）策略用于 EG 浓度和温度方程，以执行离散最大原理并抑制非物理振荡，同时保持局部守恒。时间积分使用 IMPES 类型分裂结合强稳定保持 Runge--Kutta 方案。数值实验表明，所提出的 LTNE--EG--FCT 框架捕获了注入流体加热路径和热突破行为，而标准单温度或平均 LTNE 模型难以解决。
引用
@article{arxiv.2604.20710,
title = {Heat Transfer Modeling in Enhanced Geothermal Energy: A Three-Temperature Approach for Solid, Injected, and Residing Fluids},
author = {Yi-Yung Yang and Sanghyun Lee and Dmitri Kuzmin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.20710},
year = {2026}
}