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。     

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。     

Stokes-Darcy流耦合的单井循环换热地能采集井热物性研究

建立单井循环换热地能采集井的Stokes-Darcy流耦合数学模型,利用该数学模型分析实际工程的温度场分布及热物性对换热效果的影响。结果表明:Stokes-Darcy流耦合模型是准确分析单井循环换热地能采集系统的一种有效方法,该方法与传统方法相比具有较高的精度,可为科学利用地热资源提供重要依据。     

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。     

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。     

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。     

单井抽回两用系统在浅层地热能开发中的应用

针对传统的一井抽水多井回灌技术和工艺存在占地面积大、管理不便等问题,在分析目前水源热泵地下能源采集系统问题的基础上,经研究和试验,设计并选择单井抽回两用系统的成井方法,实现了在同一眼井中达到抽取地下水和回灌循环水两种功能.通过设计改进和实际应用及运行,结果表明该系统性能稳定、能量交换效率高、室内温度适宜舒适,达到了预期效果和目的.     

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.     

井对间距与含水层采能区温度场的演化关系

抽、灌井对之间的距离是地下水源热泵采能工程设计中的重要参数之一。该文应用数值模拟的方法对不同井对间距条件下地下含水层采能区温度场的演化进行了定量模拟,并对地温场的演化规律与井对距离之间的关系进行了理论分析。研究结果表明,抽、灌井对距离越大,抽水井温度变化速度越迟缓,且温度变幅越小。其原因是:井对距离越大,渗流区水动力影响范围越大,抽、灌区等效渗流速度越小,回灌水向抽水井运动过程中散热(吸热)越充分。     

单井循环地下水源热泵热源井排放实验

针对单井循环地下水源热泵系统有关排放的实验研究不足,搭建砂箱实验台研究其排放特性,并分析实验台与实际工程情况的差异。实验研究结果表明,在取热工况下,排放能够提高热源井的抽水温度和取热量,尤其是对于提高循环单井抽水温度效果显著,但过大排放比的作用有限,在实验条件下,排放比从5.0%增加到32.1%,填砾抽灌同井的取热量仅增加了7.4%。此外,排放可缩小热源井热影响的范围。     

浅层地温能开发与地下水环境影响模拟预测

为了合理地开发利用浅层地温能并保护地下水环境,针对地下水源热泵工程应用中出现的热贯通现象和地下水开采引起的地层变形问题,同时将地下水渗流场、温度场和地层变形量均作为评价内容,建立地下热交换系统模拟数值模型,计算并预测地下水渗流场与温度场的运移趋势及对地下水环境的影响。结合工程场地地下水源热泵系统实例,通过模拟计算,制定采用一抽两灌、100%回灌,并将春秋季及冬季加热卫生用水温度提高1.972倍或多加热1.972倍卫生用水的运行方案,预测结果表明该方案能够有效地避免热贯通问题并控制地层变形量,使地下水源热泵系统能够长期高效运行。研究思路与方法对浅层地温能的合理开发和地下水环境的保护有积极意义。     

基于表皮效应的单井循环地下换热系统地下水渗流方程的统一分析

单井循环地下换热系统有循环单井、抽灌同井和填砾抽灌同井3种形式。由于上述3种热源井结构不同,导致地下水渗流数学模型繁多、复杂,并且缺乏统一的理论公式,难以应用于实际工程。为解决上述问题,文章利用表皮效应对渗透系数进行统一,获得3种热源井井壁处渗透系数转换关系式。文章以填砾抽灌同井为例,建立地下水渗流方程和边界条件,推导降深方程,并利用渗透系数转换关系式得到其它热源井的降深方程。研究结果表明:填砾抽灌同井地下水渗流方程的解析解与数值解之间的平均误差为2.0%;填砾抽灌同井地下水渗流方程可以解决填砾抽灌同井影响下的稳态、无越流承压含水层的地下水流动问题,并为实际工程应用提供理论基础。     

开封地区砂岩孔隙热储回灌化学堵塞数值模拟研究

以开封圳宇花园的地热开发过程为研究对象,利用TOUGHREACT程序构建三维砂岩孔隙热储层的温度场-化学场-渗流场多场耦合模型,并对主要影响因素进行敏感性分析,探究地热回灌过程对热储层化学堵塞过程的影响。热储层中方解石、石英、伊利石、钙-蒙脱石、二氧化硅矿物沉淀,钾长石、钠长石和白云石矿物溶解,其中方解石矿物为主要沉淀矿物,堵塞回灌井热储层,导致孔隙度降低约10%。回灌过程中回灌水注入流速、温度、井间距的改变影响地热水回灌过程中方解石沉淀,从而导致热储层孔隙度变化。     

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。     

地源热泵系统工作井优化布设地下水热量运移模拟

以某拟建地下水源热泵系统为例,针对地缘热泵空调系统工作井优化布设问题,通过建立理想的对井抽-灌概念及数学模型,模拟了特定水流及热源条件下抽水、回灌井不同间距夏季运行期间地下水热量运移过程.数值模拟结果表明,抽、灌井不同井间距对热泵系统夏季运行期间地下水热量运移过程影响显著,该方法为优化布设抽、灌井的合理间距提供了实现热泵系统良好运行的理论依据.     

孔隙型地热采灌开发方案的数值模拟研究

建立以天津市滨海新区塘沽地区馆陶组孔隙性地热热储为研究区域的概念模型和数学模型,利用TOUGH2软件对533km~2区域内的20眼地热井的开采历史数据进行了数值模拟,计算结果与监测数据吻合较好。在此基础上,对单井开采模式下馆陶组热储层未来5年内温度场和压力场的变化趋势进行了预测;并针对下降趋势制定了回灌方案,分析不同回灌量对热储层温度场和压力场的影响程度。结果表明:单井开采模式下,未来5年内研究区水位年平均下降3.4m;当回灌率分别为60%和100%时,研究区年均水位相应下降1.3m和0.2m,有效缓解了单采模式下研究区内的水位下降速率。     

地下群井换热强化与运行模式影响规律

利用传热模拟分析,研究了地源热泵(GSHP)地能利用中地下群井多源换热及其运行模式影响规律。探讨间歇运行模式和连续运行模式对群井区域内温变特性的影响规律及各井热源的交互影响。分别对间隔周期、传热能力和温度场变化等进行了综合分析,指出运行模式调控有利于强化地能利用以及多井源间的协调排列。为地能在地源热泵供热供冷中大规模利用奠定理论基础。     

水源热泵空调系统运行优化

以采用水源热泵机组的某住宅小区为例,分析其建筑的冷热负荷特性,探讨其变化规律;对水源热泵机组、水泵系统、热源井的运行控制策略提出优化方案,为同类工程的节能运行提供参考。     

水源热泵系统应用研究——以礼士宾馆水源热泵系统为例

礼士宾馆于2002年进行锅炉改造，采用水源热泵系统代替燃煤锅炉进行冬季供暖，同时夏季进行制冷。水源热泵系统的设计和安装工作是由专业队伍承担的，通过详细的水文地质调查，在宾馆四周布置了4眼抽灌井，施工过程中严把质量关，使各井满足了供水和回灌要求。2003年底，系统开始运行，采用一抽两灌方式，目前已经正常运行3个供暖季和2个制冷季，通过对该系统进行的长期动态监测，获得了大量真实可靠的数据，为研究水源热泵的应用条件提供了依据。     

采用热-流耦合方法对火焰筒壁温三维数值模拟

考虑了流场变化对换热的影响,使用热-流耦合方法,对某型燃烧室整个流场、温度场进行完全的数值模拟。该方法对流场和固壁内换热进行耦合计算,得出了三维燃烧室壁温分布。计算中,对完全发展的湍流燃气采用了标准“k-ε”湍流模型,运用DO模型计算了燃气的热辐射,燃烧模型使用涡-耗散模型来计算化学反应速度,固壁材料使用了变比热和变导热系数。数值模拟结果表明流场与固壁相互作用得更充分,能更精确地反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性。