PFC热固耦合——深埋岩石传热

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了PFC中的流固耦合和热固耦合方法，特别是热固耦合中的传热和热胀冷缩概念。文章详细解释了热力学参数，并通过一个深埋岩石传热的算例展示了热力学的应用。在算例中，通过设置不同的边界条件和参数，模拟了热量在岩石中的传递过程，并观察到热量逐渐向内部传递的现象。文章还指出了PFC温度传递的局限性，即由于颗粒之间的接触方式，导致温度场中存在奇异点。通过本文的介绍，读者可以对PFC中的热力学模拟有更深入的了解。

PFC提供了两个耦合方法，一个是流固耦合，一个是热固耦合。热固耦合有两个概念：一个是传热、一个是热胀冷缩，前者决定了固体对热力场的影响，后者是热力对固体的影响。

    热力学参数有三个：热膨胀系数- thexp 热阻 - thres 比热容 - sheat。第一个反应的是固体由于温度改变引起的热胀冷缩，第二个和第三个反应的是固体间的传热。

    这里提供一个简单的算例反应一下深埋岩石的传热，这个现象也比较多，比如火山附近的岩石都会有这种边值问题。

    首先形成一个岩石，成样、预压和加胶结，这里不再赘述了。后面进入热力学部分，保持围压不关闭。

下面为热力学实现的代码：

restore jiajiaojie

configure thermalset thermal on mechanical oncontact thermal model ThermalPipe ball thermal attribute temperature 300wall thermal attribute temperature 300ball thermal attribute sheat 0.84e1 thexp 8.0e-6ball thermal property thres 0.1

wall thermal attribute temperature 380 range id 4ball group left range x [-wlx*0.5] [-wlx*0.5 rdmax*2.0]ball thermal attribute  temperature 380 range group leftball thermal fix range group left

[count=1][baocunpinlv=0.05][time_record=mech.age-1]def savefile    if mech.age-time_record > baocunpinlv then        filename=string.build("jieguo%1",count)        command            save @filename        endcommand        time_record=mech.age        count  =1    endif    endset fish callback -1.0 @savefile

set timestep fix 1e-5cycle 1

solve thermal age 1.0

    为了加快计算速度，将时步进行适当的放大，并且将比热容设置的小一点。

    如图为试样的初始边界条件：

    左边的墙和颗粒都设为380k，其余的设置为300k。注意一下这里温度的单位为开尔文温度，和摄氏度的换算为。摄氏度=开氏温度-273。将左边颗粒的温度fix一下，基本上就形成了我们的边界条件。

    下面看一下计算0.1s的状态：

    可以发现热量开始向内部传递

    下面为看一下不同时刻的状态：

0.2s

0.4s

0.6s

0.8s

1.0s

当然做成动图也可以：

    我们这里会发现一个问题，在温度场中有一些奇异点，这是因为在PFC中温度的传递是通过颗粒之间的接触，这些奇异点和周围的岩石没有接触，也就是如下图所示的赋存状态。