一种海底热液流体循环三维仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种海底热液流体循环三维仿真方法，是基于物理的方式模拟海底热液系统中流体行为和循环演化过程的仿真技术。通过求解洋壳内热液流体的动力学控制方程组：质量守恒、动量守恒和能量方程并利用水的状态方程(IAPWS‑IF97)更新流体的热力学性质，完成热液循环的仿真计算。偏微分方程组的求解是基于OpenFOAM平台的，因此支持多格式复杂网格的三维模型仿真、跨平台计算和并行计算。因此，本发明专利技术将对海底热液循环动力学及其伴生的成矿规律的研究提供一种重要的仿真技术手段。

【技术实现步骤摘要】
一种海底热液流体循环三维仿真方法
本专利技术属于地质流体动力学数值模拟
，尤其涉及真实的水的状态方程与地质流体动力学控制方程的结合以及复杂模型的三维数值模拟方法。
技术介绍
热液循环是地球内部与外部进行物质和能量交换的重要窗口，在陆地上表现为地热田或温泉，而类似的现象在海底也是普遍存在的，尤其是大洋中脊。与陆地上的温泉不同的是，海底热液喷口可以形成最高约400℃的热液喷流，称之为黑烟囱。由于海底的高压环境，高温喷口处也是超临界水的天然形成场所。人类对这种壮观的自然现象的认识始于1960年代，对其形成的基本原理有了一定的认识：海水沿洋壳的裂隙下渗，被深部热源(如岩浆房)加热后密度骤减而快速上浮，最后在海底喷发。但是对其内部的驱动机制和演化规律依然无法直接观测，而流体动力学仿真技术是理解海底热液流体动力过程的关键技术手段。但由于三维数值模拟方法的复杂性和水的状态方程的非线性特征，对海底热液循环的三维仿真依然是一大挑战。
技术实现思路
为了展现更真实的海底热液循环过程中的流体行为和温度场分布，本专利技术提供了一种海底热液流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底热液流体循环三维仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，利用实际海底热液区的地形数据和地球物理数据进行地质建模和网格划分，将非结构化网格结构信息存储为OpenFOAM格式。/n步骤2，根据实际海底热液区的观测数据及网格划分结果给定温度场、压力场的初始条件和边界条件以及洋壳岩石的物理属性，所述洋壳岩石的物理属性包括渗透率、孔隙度、密度、热传导系数和比热。/n步骤3，根据海底水深计算仿真区域的初始静水压分布。/n步骤4，根据网格单元大小、仿真区域范围及流体初始速度计算初始时间步长。/n步骤5，求解能量守恒方程，即温度方程；温度方程中的时间项、梯度项和散度项全部采用隐式离散格式。...

【技术特征摘要】
1.一种海底热液流体循环三维仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用实际海底热液区的地形数据和地球物理数据进行地质建模和网格划分，将非结构化网格结构信息存储为OpenFOAM格式。
步骤2，根据实际海底热液区的观测数据及网格划分结果给定温度场、压力场的初始条件和边界条件以及洋壳岩石的物理属性，所述洋壳岩石的物理属性包括渗透率、孔隙度、密度、热传导系数和比热。
步骤3，根据海底水深计算仿真区域的初始静水压分布。
步骤4，根据网格单元大小、仿真区域范围及流体初始速度计算初始时间步长。
步骤5，求解能量守恒方程，即温度方程；温度方程中的时间项、梯度项和散度项全部采用隐式离散格式。
步骤6，求解动量守恒方程，即结合连续性方程和达西定律而推导出的压力方程；压力方程中的拉普拉斯项和时间项采用隐式离散格式，而与压力无关的项视为源项，采用显示离散格式；对拉普拉斯项进行最多两次的非正交修正。
步骤7，根据达西定律和已求解得到的压力场计算流体速度场。
步骤8，根据已求解得到的温度场和压力场以及水的状态方程IAPWS-IF97计算每个节点上的流体的热力学性质，包括比热、密度、动力学黏度、热膨胀系数和压缩系数。
步骤9，输出规定的时间步所对应的计算结果并保存为文件。
步骤10，根据新的流体速度场和网格大小重新计算时间步长，重复步骤5-步骤9直至到达预设的结束时间。


2.根据权利要求1所述的一种海底热液流体循环三维仿真方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶春辉，郭志馗，
申请(专利权)人：自然资源部第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33