[发明专利]一种海底热液流体循环三维仿真方法

权利要求书

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，其特征在于，所述步骤1中，根据海底热液区的地形数据和地球物理数据构建相应的几何结构并将模型体剖分为立方体或四面体为单元的三维网格；然后对模型边界网格进行标记，最后将带有边界标记信息的网格数据存储为OpenFOAM格式。

3.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，其特征在于，所述步骤2中，温度初始条件为均匀分布的海水温度，压力初始条件为静水压。

4.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，其特征在于，所述步骤5中，温度方程公式如下：

其中T为流体温度，为流体速度场，p为压力，t表示时刻，k,ε分别表示洋壳渗透率、孔隙度，ρ_r,λ_r,C_pr分别表示岩石密度、岩石热传导系数、岩石比热，C_pf,ρ_f,μ_f,α_f,β_f分别表示流体的比热、密度、动力学黏度、热膨胀系数和压缩系数。

5.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，其特征在于，所述步骤5中温度方程的时间项、梯度项和散度项均采用隐式离散格式。

6.根据权利要求5所述的一种海底热液流体循环三维仿真方法，其特征在于，所述步骤5中温度方程的时间项采用欧拉格式离散，梯度项采用高斯线性离散，散度项采用van Leer法离散。

7.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，其特征在于，所述步骤6中，压力方程公式如下：

其中表示重力加速度矢量。