厚黄土覆盖区采煤对松散含水层渗透系数及水位的影响

针对厚黄土覆盖区煤矿开采破坏地下水的问题,以山西省屯留县常村煤矿为例,采用GMS软件对研究区地下水流进行模拟及识别检验,通过改变松散含水层渗透系数及水头的大小,定量研究冒落裂隙带未沟通松散含水层下伏弱透水层底板、弱透水层性质不变条件下,厚黄土覆盖区煤矿开采对不同水力条件松散含水层的影响。结果表明,S6采区开采结束后,在采区附近出现降落漏斗,漏斗影响面积及中心处水位降深随时间的增加而加大,增大速率由大到小;不同渗透系数条件下,预测前期渗透系数越大,降深越大,影响面积越大,预测后期渗透系数越大,降深越小,影响面积越大;不同水头条件下,在整个预测期内水头越大,降深及影响面积均越大。     

回灌溶液温度对咸水层渗透性能的影响

作为清洁环保的供暖和制冷方式,季节性含水层储能与热泵技术相耦合,具有很好的经济效益和环境效益。然而,当咸水储层作为储能介质时,由于回灌溶液盐度和温度的变化会导致咸水层中黏土颗粒的释放、运移和沉积,引起孔隙通道的堵塞,造成储层的渗透性能降低。通过室内一维砂柱实验,在不同回灌水头下采用不同温度的地下原水回灌时,对溶液在含有蒙脱石矿物成分的砂样中的渗透系数变化进行了实验测试,分析了回灌温度对含水层渗透性能的影响。结果显示:随着回灌温度升高,溶液在砂样内的渗透系数减小;回灌溶液温度越高,渗透系数下降程度越大,当回灌水头为0.10 m时,回灌溶液温度由5升高至80℃,渗透系数下降了14.0%;在回灌温度一定的情况下,回灌水头差越大,渗透系数下降的幅度越大,当回灌水头为0.20和0.48 m时,溶液在砂样中的渗透系数分别下降了16.0%和18.2%。通过定量地分析流体在储层内的渗透系数与回灌温度的变化规律,得到了不同回灌水头下,溶液渗透系数与回灌温度间的函数关系。     

地下承压含水层水-热运移特性的模拟研究

依据地下水文地质的相关概念和渗流力学的理论基础,建立了地下含水层热量运移的数学模型.以微山地区一工程为背景,对1抽2灌井群的热量分布规律进行了求解,得出了井群的水流速度场、水头压力场以及温度场分布.经计算分析得出:①在抽灌状态下,水压的变化较温度场快,影响范围也较大.相对应的温度影响半径相对较小,变化速度较慢且不明显;②温度场的影响半径主要集中在井周围约30m范围内,其温度的变化梯度为0.17℃/m.而超出此范围的区域,影响的相应时间较长,幅度不大;③夏季抽灌温差采用:10℃大温差运行,有利于避免或减小热贯通现象,且可减少抽灌水量.     

汾河三期蓄水工程人工湖渗漏对太原市浅层地下水影响的数值模拟

为分析汾河三期工程人工湖渗漏对太原市浅层地下水的影响,建立人工湖与地下水流耦合数值模型,并选取渗透系数、给水度、降水入渗系数、最大蒸发系数和湖底电导率5个影响因素进行正交试验分析。数值模拟结果表明,人工湖不进行防渗处理时,年渗漏量为1 259.6×10~4 m~3,最大壅高值为2.4m,壅高影响距离6.7km,对太原市浅层地下水影响较大,垂直封闭防渗有效地减小了湖泊渗漏量与地下水壅高范围,渗漏量随防渗墙进入潜水隔水层深度的增大而减小。正交试验结果表明,各影响因素对年渗漏率的影响程度从大到小依次为湖底电导率渗透系数最大蒸发系数给水度降水入渗系数。研究成果可为太原市人工湖建设与工程防渗设计提供依据。     

积尘形态及密度对太阳能PV/T系统的性能影响研究

在室外搭建太阳能光伏/热(PV/T)系统实验测试平台，研究积尘形态及密度对系统性能的影响。研究结果表明：积尘形态主要影响太阳能PV/T系统的光热效率，积尘密度主要影响系统的光电效率。与松散积尘相比，粘结积尘对系统光热效率及综合效率的影响更大。当松散积尘密度从0变化至33.79 g/m²时，系统的光热效率下降率仅为2.32%，而系统的光电效率下降率高达48.65%。在该文实验中，随着积尘密度的增大，太阳电池的工作温度依次为53.99、52.92、50.73和55.58℃，呈先降后增的变化趋势。故少量积尘不会使太阳能PV/T系统中太阳电池的工作温度升高而影响其正常工作。     

地下水渗流与地源热泵热量运移耦合模拟

为准确模拟不同地下水径流条件下地源热泵系统地埋管换热区地温场变化特征、系统换热性能变化规律以及由此而产生的热量堆积效应等问题,以同济大学生态园试验场地为研究对象,采用理论分析及数值模拟计算为主要手段,建立了水流、介质、热量三场耦合的数值模拟模型。结果表明:随着地下水渗流速度的增大,热量逐渐向地下水流动方向偏移,粉砂层扩散偏移幅度小于细砂层,细砂层小于粗砂层。0～80 m深度,土层热量堆积明显,处于含水层深度范围内的80～100 m深度土层热量堆积越少。随着地下水渗流流速的增大,地埋管换热器单位深度换热功率逐渐增大,两者为线型关系,地下水渗流流速为1.33×10~(-4)、6.30×10~(-4)及1.27×10~(-3)m/d时地埋管换热器换热功率增幅分别为0.53%、1.31%及2.43%。     

含盐有机废液焚烧煤灰熔融特性试验研究

研究3种不同灰熔融性的煤(元宝山褐煤、崔家沟烟煤、徐州烟煤,分别简称为Y煤、C煤和X煤)与不同含盐率(碱金属钠盐Na2SO4、NaNO3、Na2CO3等在红水中的含量,通称含盐率)化工废液红水混合焚烧的灰熔融特性。研究结果表明,在不添加石灰石时,随着红水含盐率的增加,X煤、C煤的灰熔融温度均呈下降趋势,其中在相同的含盐率下X煤的灰熔融温度下降较多,Y煤的灰熔融温度则呈先下降后增加再下降的趋势;添加石灰石(Ca/S=2.0)后,随着红水含盐率的增加,X煤的灰熔融温度呈先下降后增加的趋势,且在红水含盐率为10%处其4个特征温度均存在一个最小值,而C煤和Y煤的灰熔融温度变化情况与不加石灰石时类似,但变化幅度相对较小;在一定的含盐率(15%)下,X煤和C煤的灰熔融温度均随着石灰石量的增加,先下降后增加,但X煤的变化明显,Y煤的变形温度、软化温度增加,而半球温度和流动温度则先下降后增加。研究结果为含盐有机废液在流化床中焚烧时防止床料结焦提供理论依据。     

MTBE对汽油理化特性及电控喷射汽油机性能的影响

甲基叔丁基醚MTBE按体积分数为0(基础油)、5％、10％、15％和20％比例添加到90^#无铅汽油中，分析添加后汽油主要理化参数的变化规律．同时在汽油机台架上，考察不同掺混比的MTBE／汽油混合燃料对电喷汽油机动力性和经济性的影响规律．实验结果表明，添加甲基叔丁基醚的90^#无铅汽油研究法辛烷值从93．8增加到96．8．对于各种配比的混合燃料来讲，10％和90％馏出温度及终馏点温度与基础油相比变化不大，而50％馏出温度下降得很明显，其中MTBE添加量为20％时，50％馏出温度下降了17℃．雷德蒸气压随MTBE添加量增多而下降，但其下降规律不是很明显．燃用MTBE／汽油混合燃料，汽油机功率有所下降，MTBE添加比例为20％时功率降幅最大，达到7．1％．燃油消耗率在低负荷时上升较多，达到10．8％，而在中高负荷时上升较少，平均在4％左右，能量消耗率的变化规律和燃油消耗率相似．     

柴油机水套的计算流体动力学(CFD)分析

应用AVL公司SWIFI软件，对生产中的6缸柴油机水套进行了CFD分析。机冷器的CFl)分析表明：冷却水流平均速度在0．8～1．0ms之间，保持有较好的流动情况，基本满足机油冷却要求；缸体CFD分析表明：缸体各截面的水流速度达到0．5m/s，已能够满足设计要求，但环绕水流量比短路水流量少约三分之一，因此进出水孔的相对位置还需要调整；缸盖CFD分析认为：1-4缸受到二次冷却的效果较好，对于第5缸、第6缸因受到二次冷却的效果减弱(甚至没有)而导致的缸盖水流动情况不好，可以通过改变进、排气道和鼻梁区的几何尺寸来改善其在关键区域的水流动情况。     

直埋闭式地源热泵回填土性能研究

回填土的性能对直埋式地源热泵的设计有一定的影响．对直埋闭式地源热泵用回填土的性能参数中的密度、含水率、饱和度以及导热系数进行了数学定义，并指出影响导热系数的主要因素是密度和含水率。用平板探针原理的室内试验的方法研究了各种物质组成情况、时间以及不同温度对导热系数的影响，并对试验的结果进行了详细的分析，得出了随各种影响因素而变化的曲线。试验结果表明，膨润土不适合单独用于回填材料，需与水泥配合并推荐使用非饱和态。导热系数随水灰比的减小而增加。掺人大颗粒的骨料是提高导热系数的有效途径，砂含量的增加使导热系数往往呈线性增长。当水灰比为0．45且砂的置换率为80％时回填材料具有较满意的导热性能，值得推荐使用。     

伊犁一矿5号煤层底板砂岩含水层放水试验及参数计算

为了充分暴露5号煤层底板砂岩含水层的补给条件,查明含水层间的水力联系,计算相应的水文地质参数,从而系统地评价矿井开采水文地质条件,开展“大流量、大降深、长延时”群孔放水试验。利用Theis公式求取含水层水文地质参数,分析放水试验前后含水层的水质变化情况,判断含水层的补给条件。研究结果表明,5号煤层底板砂岩含水层渗透系数平均为0.647 m/d,该含水层透水性、联通性好,但其补给条件差,具有可疏降性,在放水试验区范围内与第四系及其他含水层之间水力联系差。     

同井回灌地下水源热泵地下水渗流理论研究

建立了单一介质承压含水层中定流量同井回灌地下水源热泵抽水和回灌引发的地下水渗流数学模型；利用叠加原理推导了同井回灌地下水源热泵地下水渗流的理论解。通过分析理论解，从中得出稳态降深方程、稳态渗流速度方程、准稳态时间方程和理想井间距方程．定流量同井回灌地下水源热泵引发的地下水渗流能在很短的时间内达到稳态，并且理想井间距仪是含水层厚度和渗透系数比的函数。对于完整型的观测井不论位置如何，其平均降深均为0。     

Modeling and simulation of aquifer storage energy systems

Computer simulation model AQSYST for simulating energy systems employing thermal energy storage in aquifers, or groundwater basins, is described. Aquifers offer a potential and economical way of storing solar heat for long periods of time. The simulation model AQSYST features a modular energy system, in which subsystems and their connections are accurately simulated. The storage simulation in AQSYST is accomplished using a verified and accurate aquifer simulation model, THETA. As an application, the model has been used to study the applicability of different types of aquifers for seasonal thermal storage. The simulations suggest that high temperatures storage (up to 60–90°C) is feasible only in stagnant aquifers, whereas, for low-grade heat (15–25°C), aquifers with high natural flow rates (up to 500–600 m yr⁻¹) can be used.     

多井同期抽灌储能模式咸水层热运移特性研究

基于含水层储能水、热运移的基本理论与控制方程,针对地下咸水层储能过程中渗流溶液密度及粘滞性系数变化显著的特点,对现有的地下含水层储能数学模型进行修正、完善,建立地下咸水层耦合储能模型,探索不同储能模式下含水层温度场变化规律及阶段性热量运移特征。研究结果得到,采用地下原水与去离子水回灌时,在储热运行期与间歇停运期粗粉砂层中热作用半径变化率分别为0.272m/d、0.008m/d,0.348 m/d、-0.04 m/d。在储能阶段,伴随回灌溶液温度上升、盐度降低,地下水渗流速度上升,导致对流换热与热弥散效应增强；间歇阶段,则由于地下咸水与回灌溶液间盐度梯度增大,在分子扩散作用下回灌溶液温度场影响范围减弱。     

Assessment of feasible strategies for seasonal underground hydrogen storage in a saline aquifer

Renewable energies fluctuate, resulting in temporary mismatches between demand and supply. The conversion of surplus energy to hydrogen and its storage in geological formations is one option to counteract this energy imbalance. This study evaluates the feasibility of seasonal storage of hydrogen produced from wind power in Castilla-León region (northern Spain). A 3D multiphase numerical model is used to test different extraction well configurations during three annual injection-production cycles in a saline aquifer. Results demonstrate that underground hydrogen storage in saline aquifers can be operated with reasonable recovery ratios. A maximum hydrogen recovery ratio of 78%, which represents a global energy efficiency of 30%, has been estimated. Hydrogen upconing emerges as the major risk on saline aquifer storage without using other cushion gases. However, shallow extraction wells can minimize its effects. Steeply dipping geological structures are key for an efficient hydrogen storage.     

Estimation of Groundwater Aquifer Formation-strength Parameters from Geophysical Well Logs: The Southwestern Coastal Area of Yun-Lin,Taiwan

Abstract

The purpose of this study is to estimate groundwater aquifer formation-strength parameters including shear modulus, bulk modulus, Poisson's ratio, and Young's modulus by using geophysical well logs. A new dispersed-shale index equation was developed by using the natural gamma-ray log and the compensated formation density log to solve a confusing problem of the compaction factor setting in the calculation of sonic porosity for an unconsolidated groundwater aquifer. A useful Poisson's ratio estimation method was employed to estimate groundwater aquifer formation-strength parameters when shear-wave transit time data is lacking in groundwater wells. Hydrogeologic parameters are characterized in estimating formation-strength parameters. Five wells in the southwestern coastal area of Yun-Lin, Taiwan, were logged, and four shallow aquifers were identified from log-derived hydrogeologic characteristics less than 200 m in depth. The formation-strength parameters for aquifers between 310 and 500 m in depth were calculated in two wells because complete formation density and compressional-wave transit time data were available. The results of the aquifer's formation-strength parameters demonstrate that both shear modulus, ranging from 0.15 to 0.42 * 10⁶ psi, and Young's modulus, ranging from 0.40 to 1.07 * 10⁶ psi, increase with depth, whereas bulk compressibility, ranging from 1.2 to 2.6 * 10^?6 psi^?1, decreases with increasing depth.     

地下咸水层水-热-盐耦合模型及其储能利用研究

基于地下水水热运移的基本原理,针对地下咸水层储能系统中地下水密度及粘滞性系数变化显著的特点,建立地下咸水层水-热-盐耦合储能模型。应用校正后的数学模型,对天津滨海某地下咸水层储能系统未来5 a的地下水动力场和温度场的变化进行了预测。结果表明:在地下咸水层水文地质条件不变的情况下,渗透系数随地下咸水层温度和浓度的增减而增减;在夏季储热期,地下水渗透流速随地下温度的上升呈逐渐上升趋势;在冬季储冷期,地下水渗透流速随地下水温度的下降呈逐渐下降趋势,从而影响地下咸水层温度场的变化,在第5年供冷期末,3#抽水井水温上升0.5℃,发生热突破现象。     

Characterization of clay scales forming in Philippine geothermal wells

Smectite scales occur in 24 out of 36 blocked wells located in Tongonan, Palinpinon and Bacon-Manito. These comprise 2–85% of the well scales and form at depths of 36–2620 m. where measured and fluid inclusion temperatures are 41–320°C. Most, however, occur below the production casing shoe where temperatures are 230°C, often at depths coinciding with aquifers. The clay scales are compositionally and structurally different from the bentonite used in drilling, which is essentially a sodium-rich montmorillonite. The clay deposits are expanding, generally disordered, and combine the characteristics of a montmorillonite, saponite and vermiculite in terms of reaction to cationic exchange treatments, structure and composition. Six types of clay scales were identified, but the predominant one, comprising 60–100% of the clay deposits in a well, is Mg- and Fe-rich and referred to as a vermiculitic species. The crystallinity, degree of disorder, textures, optical characteristics, structure and relative amounts of structural Al, Mg and Fe vary with time, temperature and fluid composition, but not with depth and measured pressure. Despite its variance from bentonite characteristics one of the dominant suggested mechanisms for clay scale formation uses the drilling mud in the well as a substrate, from which the Mg and Fe-rich clay evolves. Another important possible mechanism for formation of the clay scale is the precipitation of the clays from hydrothermal fluids, wherein Mg and Al appear to be the limiting elements. Other, less important, mechanisms of formation are: alteration of chloritized cuttings in the well to the vermiculitic species and the probable introduction of smectite from the formation.     

土壤高温储热热湿迁移过程的初步研究

初步建立了土壤高温储热热湿迁移过程的数学模型,并进行了数值求解.结果表明,土壤热湿迁移过程中的湿度场稳定时间明显滞后于温度场,且与土壤类型和水力传导特性等有关.对于水力传导性较差的土壤,在高温储热初期,靠近热源的地方容易产生湿份聚集,使得湿度曲线出现一个短期峰值.与低温储热相比,土壤高温储热时湿度迁移对温度场的影响较大,温度场呈整体降低趋势,降低幅度顺序为:砂土>壤土>粘土.在该文模拟条件下,粘土的热湿迁移过程对于初始湿度的变化不敏感,而砂土的热湿迁移过程则依赖于初始湿度,且影响程度随着初始湿度的增加而增大.