岩溶含水层地下水源热泵运行对地下水温度场的影响

为探究岩溶含水层水源热泵运行期间地下水温度场变化规律,以武汉市某场地地下水源热泵系统为例,基于有限元数值模拟软件FEFLOW,分别模拟了水源热泵空调制冷和制热期间抽水-回灌目的含水层中的渗流场和温度场,并对表征岩溶发育的重要参数储水系数和孔隙度进行敏感性分析。模拟结果表明,地下水源热泵运行仅影响回灌井附近地下水温度,不会对区域含水层温度产生影响;而表征岩溶发育的典型参数储水率和孔隙度,对模拟结果的影响不大。     

浅层地温能的分类

<正>浅层地温能开发工程技术,按冷热源工程分类可分为土壤源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水源热泵系统。土壤源热泵系统是在浅层地层中设置人工管道,通过循环水在管道中的运行来实现同地层的冷热源转换,土壤源热泵系统又分为水平盘管系统、桩中深管系统和竖埋管系统。     

常温注水井对含水层热贯通的影响机理分析

为探究常温注水井对水源热泵热贯通现象的影响,利用FlowHeat1.0软件模拟了3组情景下含水层渗流场、温度场时空分布特征,并分析了常温注水井对含水层热贯通的影响机理和抽水井水温变化规律。结果表明,常温注水井通过减小回灌井、常温注水井之间的水力坡度和延长地下水渗透途径的方式达到缓解热贯通的效果;回灌井、常温注水井流量比相同时,常温注水井在抽灌井连线的位置对含水层热贯通的影响小;抽灌量不变时,常温注水井与回灌井的流量比越大,常温注水井缓解热贯通的效果越明显;在有利地下水回灌的水源热泵系统中,布设常温注水井能有效地降低含水层热贯通程度。     

水源热泵结合深部地层储能技术在天津浅层地温能开发中的应用及分析

本文通过天津地矿珠宝公司联合应用深部地层储能与水源热泵技术在浅层地温能开发中的实例，对其经济效益、环境效益以及系统运行进行了分析，并最终指出该技术是天津地区浅层地温能开发的优化模式，伴随着北京和天津滨海新区对浅层地温能开发，该技术将有其更大的发展空间。     

冷热负荷失衡条件下采能区地温场的模拟研究

以北京某地下水源热泵空调系统为例,利用地下水、热耦合数值模型技术,对冷、热负荷严重不平衡条件下地下水抽灌场地温度场的年内和年际变化进行了定量模拟预测研究,并对系统长期运行的可行性进行了论证.研究结果表明:抽水井和回灌井之间的距离相对较大,抽灌井之间的"热突破"程度较低;由于空凋系统的供暖负荷显著大于制冷负荷,抽灌区温度场将呈逐年下降趋势;抽灌场地是一个开放的系统,不断与外界发生能量交换.随着热泵空调系统的长期运行,抽灌区的温度下降速率越来越小,地温场渐趋稳定;由于热泵系统的年内冷、热负荷存在严重失衡,进而对热泵系统的运行效率将产生一定影响.     

地下水源热泵运行期间水热变化模拟分析

为探究地下水源热泵运行期间水热变化特征,以三门峡市地下水源热泵工程为例,通过HST3D软件中的FlowHeat模块,采用现场验证的概念模型与数学模型模拟了抽灌井制冷期(92d)运行工况。结果表明,在目前工况条件下,地下水水热变化对水源热泵利用工程影响不明显,发生热贯通可能性较小。     

基于Fluent/Matlab的地下水流速对顺流模式热泵性能的影响分析

地下水源热泵系统在地下水顺流模式下,不同的地下水横流速度对热泵性能参数的影响不同:顺流水流速越小,系统发生热贯通时间越晚;流速越大,发生热贯通时间越早。地下水横流流速度越大,热泵机组的COP越大,系统能效比越大。随着地下水横流流速增大,垂直顺着水流方向上温度场变化区域逐渐减小,为了减少井群占地区域,顺流模式下同类井群间距可以适当减少。     

地下水源热泵不同布井模式下地下温度场变化模拟分析

针对地下水源热泵抽水井与回灌井布局模式对地下温度场的影响,通过建立地下水流与温度的耦合模型,从抽灌井布置间距及抽灌井数量角度模拟分析了不同布井模式下地下水温度的变化趋势和热贯通发生的基本特性。结果表明,同类井间距对热贯通影响不显著,抽灌井间距对抽水温度及热贯通时间影响较大;从热贯通发生时间来看,抽灌井数量越多热贯通发生的时间越延迟,但从温度偏离度角度分析,系统长期运行后抽灌井数量对抽水温度偏离度影响不显著。     

渗流对地下埋管换热器传热管间距的影响

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场,分析了地下水渗流对其传热过程的影响。结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。     

渗流对地下埋管换热器传热管问距的影响

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场,分析了地下水渗流对其传热过程的影响.结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大.     

热渗耦合的地下水源热泵抽灌井传热数值模拟

基于达西定律,分析了饱和区土壤中地下水源热泵抽灌井传热机制,构建了热渗耦合共同作用下的数学模型,研究了有无地下水渗流及渗流速度对抽灌井周围温度场变化的影响,使用COMSOL Multiphysics软件对建立的模型进行了分析模拟.实例结果表明,该模型具有较好的适用性,为系统的优化设计与参数合理匹配提供了理论支持.     

多流场耦合的单井循环换热地能采集井物理场分析

作为同井回灌水源热泵的一种形式,单井循环换热地能采集井非达西效应时渗流场的研究对高效地利用浅层地热能亦具有重要意义。建立Stokes-Forchheimer-Darcy流多流场耦合的流场-温度场数学模型,利用该模型分析算例的物理场,包括温度场及水动力场时空变化规律、出水温度随时间的变化规律。其结果为今后进一步研究单井循环换热地能采集井奠定理论基础,也为有效利用单井循环换热地能采集系统提供科学依据。说明开发利用同井回灌水源热泵对于节约能源、降低碳排放、提高同井回灌水源热泵的工作效率具有重要价值。     

埋地换热器在渗流中的三维温度场模拟

为确定地下水渗流对埋地换热器的影响,建立了考虑地下水渗流的三维有限长线热源模型,综合虚拟热源法、移动热源法和格林函数法得出了有渗流时半无限大介质中有限长线热源产生的非稳态温度响应的表达式。通过matlab编程模拟温度场,分析了单个钻孔周围土壤过余温度场。模拟结果发现:地下水渗流引起水平面上温度场的变形,当量渗流速度在10-6量级时,能有效缓解热堆积;沿钻孔不同深度处的土壤过余温度不同,在钻孔中部过余温度达到最大。该文中的三维模型可用来研究不同地区、不同土壤分层构造和分层地下水流速等复杂问题,从而更准确地预测分析实际工程运行后的地下温度场变化,具有重要意义,为进一步研究考虑土壤分层和地下水分层流动下地埋管周围温度场奠定了基础。     

地下水流动对垂直埋管换热器土壤温度场分布的影响

为确定地下水渗流对地下埋管换热器周围土壤温度场的影响,基于内热源法建立热渗耦合作用下的数学模型,利用传热模拟得到换热器周围土壤温度场分布,结果表明地下水流动对原温度场影响明显,而且地下水流速越大影响越大。     

基于地下水渗流的地埋管土壤温度场分析

基于有限长线热源模型,考虑地下水的渗流作用,对比分析无渗流工况与渗流工况下地下土壤温度场分布,结果表明:地下水渗流有利于地下热量的扩散,渗流工况下平均温度与最高温度较无渗流情况分别下降约5℃、4℃,温度场的热量累积得到抑制和减缓;并分析长方形埋管布置形式下的土壤温度场,讨论不同方向的地下水渗流工况对地下土壤温度场分布的影响,对于横纵向埋管数量不同的管群,沿埋管数量少的方向渗流,其土壤温度降低更显著。     

地下水源热泵对井抽灌系统回灌能力研究

以西安市某水源热泵系统为例,建立对井抽灌渗流场模型,反演计算抽水过程与回灌过程的渗透系数,模拟分析含水层参数与井参数对热泵系统回灌能力的影响。结果表明:渗透系数是影响回灌能力的重要因素;相同含水层厚度条件下,应优先选择完整井地下水源热泵系统;减小抽灌井距对提高井的回灌能力效果不明显,但会提高发生热贯通的可能性;增大井径可减小抽水和回灌的压力,但会增加井的投资。回扬可显著提高回灌能力,越是回灌困难的系统,回扬效果越明显。     

地下水流动对地下埋管换热器影响的实验研究

为确定地下水渗流对竖直地下埋管换热器的影响,该文从实验角度出发,分别对无渗流土壤、饱和土壤中地下埋管换热器热负荷对其周边土壤温度场的影响,有渗流土壤中地下水流速、土壤初始温度以及埋管热负荷对土壤温度场的影响进行了实验,从而得出在夏热冬冷地区或亚热带地区应用土壤源热泵时,宜采用冷却塔-土壤源热泵混合系统形式或将地下埋管换热器埋设在地下水流速较大地区,以期土壤源热泵的长期良好运行。     

地下水源热泵采能区水热耦合模型研究

为合理安排地下水源热泵系统的抽灌井布局,利用地下水数值模拟方法,通过Visual MODFLOW软件中的SEAWATV4热运移模块,概化地下水温度场运移过程,建立了符合研究区域水文地质特征的水热耦合数值模型,采用不同的变量对合理井距离进行模拟研究,模拟得出在水温变幅不超过2 ℃的前提下,抽灌量300、800、1 500、2 500 m3/d的合理井距分别为26.5、53.0、80.0、106.0 m,可知温度场的变化范围受井距和抽灌量影响明显并呈一定规律性,应根据水源热泵系统不同的抽灌量要求确定合理的抽灌井距离。     

地下水源热泵砂淤层阻塞试验系统研究

提出针对地下水源热泵系统阻塞机理研究开发的砂层阻塞模拟试验系统。该观测系统采取透射式观测方案,可以实时、直接地观测砂层渗流的变化和阻塞物的空间时间变化;系统采用双向水流驱动,可以模拟地下水源热泵系统回灌和回扬的渗流条件;本试验系统可以同时模拟地下水砂层中颗粒、气泡和微生物运移并阻塞孔隙水流的过程以及其耦合作用,可为进一步解决具体技术问题,如采用水回灌、环境安全评估等提供必须的实验基础。最后通过对砂砾和玻璃珠颗粒作对比性试验,从试验结果得出试验系统在研究砂层淤堵机理上是成功的。     

T2Well单井地下水源热泵水-热耦合数值模拟研究

以北京地区实际井参数刻画的单井地下水源热泵为研究对象,利用T2Well模拟器对单井系统地源热泵运行过程进行全面模拟,并对主要参数进行敏感性分析,探究对单井系统生产井温度、热突破时间的影响。距离井筒相同位置不同深度的点,埋深越大受回灌水温度的影响越小。每个运行周期结束时,温度场分布都能得到一定程度的恢复(同一周期内初始温度场相比)。水平方向渗透率同垂向渗透率的比值越大,越有利于回灌水在含水层中的运移,可有效保证热泵系统的取热温差。初步预计一个单井水源热泵系统能满足北京地区约1.5万m2面积建筑的供暖需求,约1.6万m2面积建筑制冷需求。