随着对井系统和干热岩系统等地热利用技术提出和应用,地热能作为一种清洁可再生能源显示了广阔的发展前景。由于地层复杂性和未知性,数值模拟裂隙岩体渗流传热过程面临挑战。本文就裂隙岩体各尺度下渗流传热过程进行较系统研究,包括简单渗流传热概念模型及其解析解答、裂隙粗糙度分布对渗流传热的影响、裂隙渗透率的简化连续方法、渗流传热数值模拟人工边界方法、地热对井示踪试验及渗透率非均质数值模拟等。论文具体的研究工作如下:1、提出了二维柱坐标下钻孔和周围岩石换热的概念模型并推导了Laplace域内的解,采用指数和逼近方法,实现Laplace逆变换,保证近似解更高精度。讨论了概念模型的简化条件对分析结果的影响。2、基于水力开度–力学开度经验公式和裂隙表面粗糙度分布统计信息,考虑了裂隙粗糙度分布对裂隙岩体渗流传热的影响。数值模拟表明,经验公式对仿真结果影响很大,而粗糙度分布类型亦对结果有一定影响。当其他参数相同时,粗糙度为对数正态分布时裂隙岩体渗透性较正态分布时更大。3、提出了针对离散裂隙网络的简化连续方法。该方法简化了裂隙几何模型并保留了裂隙岩体渗透率非均质性特征。针对岩石基质渗透率不可忽略的情况,修正简化连续方法后能较好考虑死端裂隙及基质渗透性的贡献。简化连续模型能较精确模拟裂隙岩体渗流传热过程。4、针对无限域内渗流和传热问题,提出了柱坐标和直角坐标系下的局部人工边界条件。其推导思路是给出截断边界处待求函数及其时间导数、空间导数之间的关系。进一步地,讨论了人工边界条件的稳定性、计算精度和计算效率。5、利用粒子追踪方法并结合一维对流扩散方程解析解,推导了开采井粒子浓度解析公式,建立了基于示踪试验结果的简化地层模型。还研究了热储层水平面内渗透率非均质性对渗流传热过程的影响,渗透率相关长度将较大程度上影响渗流传热过程的随机性。上述数值方法还可应用于石油开采、CO₂封存及核废料填埋处理分析,相关研究具有理论和实用价值。