废弃煤矿压缩空气储能过程力-热-流耦合相似准则建立与分析

摘要

相似准则是地下工程相似模拟试验中相似材料研发、试验条件确定、试验数据反演的理论依据.为实现废弃煤矿压缩空气储能过程力-热-流耦合相似模拟，本文依据储气硐室的基本构造及工作模式，构建了高压空气和储气硐室所遵循的力-热-流耦合数学模型，并利用方程分析法推导了相似准则.分析结果显示，各相似指标之间无明显冲突，可用于确定力-热-流物理场相关参数、气体和固体物性参数的具体相似比尺.其中，应力、气压、温度和时间的相似比尺关联多个相似指标，其确定是关键所在.在几何缩尺模型试验中，受限于温度、气体物性参数的相似模拟水平，采用与原型一致的气体、密封材料、支护材料而构成的相似体系可保证原型与模型的动态相似性，但时间需进行同步缩尺.针对现有废弃矿井压缩空气储能库尺寸现状，采用1/10～1/50的几何相似比尺，可较好地兼顾试验成本、难易程度与安全性.

关键词

废弃煤矿 / 压缩空气储能 / 力-热-流耦合 / 方程分析法 / 相似准则 / 相似体系