The impact of surface roughness on heat transport in fractured rocks

• S. González-Fuentes ^[1] ; V. Vilarrasa ^[2] ; S. De Simone ^[1]
  1. [1] Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua

     Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua

     Barcelona, España

     
  2. [2] Global Change Research Group (GCRG), IMEDEA, CSIC-UIB
• Localización: Geotemas (Madrid), ISSN 1576-5172, Nº. 21, 2025, págs. 211-214
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • El impacto de la rugosidad de la superficie en el transporte de calor en rocas fracturadas
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• Resumen
  • español

    Este estudio se centra en la influencia de la geometría de la superficie de distintas fracturas en la transferencia de calor en medios porosos saturados, donde se comparan modelos numéricos de una fractura plana y una fractura rugosa sinusoidal. Las simulaciones se realizan utilizando COMSOL Multiphysics®, modelando el flujo de fluidos y el transporte de calor dentro de un dominio cúbico de granito fracturado, bajo condiciones transitorias. Los resultados muestran que la rugosidad de la fractura influye considerablemente en el transporte de calor en el sistema. La fractura sinusoidal muestra curvas de llegada térmicas de pendiente suave, con pendientes de t−1.17 y t−1.35 (valores promedio y ponderado por caudal, respectivamente), en comparación con la clásica pendiente de t−1.5 para el modelo plano. El modelo planar muestra un buen ajuste con la representación gráfica de la solución analítica, lo que verifica el enfoque numérico. Las temperaturas máximas en la salida de los modelos son más altas en la fractura plana que en la sinusoidal, lo que es consistente con los hallazgos encontrados por otros autores. Estas diferencias se atribuyen a las variaciones en el tiempo de tránsito y la apertura de la fractura asociadas con la rugosidad. En trabajos futuros se estima explorar fracturas geométricamente definidas en los modelos para reproducir de mejor manera el comportamiento térmico de una superficie rugosa.

  • English

    This study focuses on the influence of fracture surface geometry on heat transfer in saturated porous media by comparing numerical models of a planar parallel plate fracture and a rough unmated sinusoidal fracture. Simulations are conducted using COMSOL Multiphysics®, modeling fluid flow and heat transport within a fractured cubic granite domain under transient conditions. Results reveal that fracture roughness considerably influences heat transport through the system. The sinusoidal fracture exhibits smoother thermal breakthrough curves, with tailing slopes of t−1.17 and t−1.35 (average and flow- rate weighted, respectively), compared to the classical t−1.5 tailing for the planar model. The parallel plate model shows a good fit with the graphical representation of the analytical solution, verifying the numerical approach. Peak outlet temperatures are higher in the planar fracture than the sinusoidal, consistent with other authors findings. These differences are attributed to variations in transit time and aperture associated with fracture roughness. Further work should explore geometrically defined fractures in the models to better reproduce a rough surface thermal behavior.