不同抽灌模式下地下水源热泵对含水层温度场影响分析

通过建立三维热湿耦合数值模型,对对井系统及井群系统不同布局方式及抽灌方式下地下含水层温度场变化情况。结果表明,抽-灌井方向与地下水流动方向一致时,热突破发生最慢,程度最弱;采用一抽二灌井群系统时,三口井位于同一直线的布局方式下,系统对地下含水层温度影响范围最大,但热突破程度最小;L型布置时,热突破程度较大,但温度场影响范围最小。     

不同多孔介质及地下水源热泵运行方式对采能区热贯通的影响

为研究不同多孔介质对地下水源热泵采能区温度场的影响,建立了地下含水层水-热耦合模型,对地下水源热泵在5种多孔介质条件下运行时地下温度场的变化进行了模拟分析,根据发生热贯通的时间及回灌水的温度扩散程度提出了合理井距和优化运行模式。结果表明:在地下水自然横流自抽水井一侧流向回灌井的条件下,细砂最易发生热贯通,其次为中砂、中粗砂,粗砂和砂砾最不易发生热贯通;回灌水热影响半径随着渗透系数增大而减小的明显程度由大到小为粗砂、中粗砂、砂砾、中砂、细砂,但砂砾热影响半径明显小于其他多孔介质;由拟合曲线可得出不同多孔介质在不同渗透系数下的合理井距;以大温差小流量模式运行有助于缓解或避免热贯通,多孔介质为细砂时优化效果更为明显。     

水源热泵系统含水层中渗流场模拟及其对温度场的影响分析

地下含水层能量利用已经成为一项新的和热泵技术发展紧密联系的技术,准确预测水源热泵工程周围含水层中的流场分布时能量的有效利用意义重大.通过分析含水层储能的一般特点,提出流贯通,分析流贯通和热贯通的相互作用、相互影响及对工程实际的意义,并基于地下水水热运移的基本原理,建立地下水流动数值模型,在此基础上对沈阳某场地水源热泵工程的运行进行流场及温度场的数值模拟分析,给出产生流贯通的依据,进而研究流贯通对热贯通的影响,并为该地区的地下水源热泵工程设计提供一定的参考.     

热-流-固耦合的群井抽灌环境效应分析

分析了地下水源热泵系统3个物理场之间的耦合作用,利用有限元软件建立了热-流-固三场不完全耦合的数值计算模型;通过对渗流场、温度场、应力场、位移场的分析得出:抽灌水引起的水头差导致的强迫渗流对渗流场的分布起主导作用;土体传热和热对流对温度场的影响远小于渗流的影响;应力场主要有两部分:一是温度变化引起的热膨胀应力;二是地下水的强迫渗流对土骨架的作用力;位移场是应力场的外在表现,规律与应力场基本相似。     

热渗耦合作用下地下埋管换热器的传热分析

为确定地下水渗流对U型地下埋管换热器的影响,基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解。分析了地下水渗流对传热过程的影响,结果表明地下水流动对原温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。进一步分析了有渗流时不同土壤类型对地下埋管换热器的影响情况,在饱和状态下导热系数是主要的影响因素。     

井对间距对含水层采能区抽水温度的影响

本文介绍了地下含水层储能的基本原理,建立了深井回灌式水源热泵系统含水层储能的数学模型并通过数值计算分别对6组不同井对距离条件下含水层采能区温度场的演化进行了量化研究,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,拟合出1个周期运行末期抽水温度相对变化值与井间距之间的关系.研究结果表明,抽、灌井对距离越大,抽水井温度变化越迟缓,且温度变幅越小,其原因是井对间距越大,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.     

北京某同井回灌地下水地源热泵工程现场试验研究

比较了抽灌同井与单井循环系统的异同点。给出了北京某同井回灌地下水地源热泵工程近一年的现场试验数据,包括进出口水温、地下水流量、测井温度。研究表明,地下水流量的选取是同井回灌地下水地源热泵节能的关键。将热贯通分为瞬变热贯通和缓变热贯通,抽灌同井运行过程中的缓变热贯通不明显,应注意瞬变热贯通。对于冬夏均运行的抽灌同井,季节性蓄能是热泵热源的重要组成部分。     

“两抽两灌”水源热泵系统应用效果分析及优化布置

为探究丹东市某工程地下水源热泵系统的实际应用效果及布井方式的合理性,采用COMSOL Multiphysics软件,建立三维水热耦合数值模型,对“两抽两灌”水源热泵系统进行为时一年的运行水温监测,并对实际应用中抽灌井的布置方式以及抽灌井间距是否存在含水层“热贯通”问题进行分析,将存在的问题与工程场地条件相结合。结果表明,采用“抽灌井平行布置”时,且抽灌井间距离为55 m时,发生“热贯通”的程度最轻,为丹东市水源热泵规划提供科学设计方法及参考依据。     

地下水源热泵运行模式对地温场效能影响研究

基于上海市某地下水源热泵工程项目,采用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立二维简化的热渗耦合数值模型,模拟采能区含水层多孔介质热量运移过程,并利用热泵运行3年的现场监测数据进行模型的识别与验证。探讨热泵系统冷、热负荷设计和抽、灌模式两个方面对采能区地温场效能的影响,分析和预测不同工况下热泵运行期间地温场的演变特征,最后对系统的运行效果进行评价。结果表明:该热泵系统按原设计方案运行时,抽灌井短期运行效果良好,但在第7个供暖期末将出现热贯通现象,长期运行将不利于热井的取热; 如果减小20%热负荷、增加20%冷负荷,会使冷影响区扩散速度降低46.3%,系统运行效果得到显著改善,在模拟的9个运行周期内并未出现热贯通现象,说明合理调节冷、热负荷有利于热泵系统的长期稳定运行; 当冷、热负荷恒定时,分别减小10%和20%的循环水量将会使冷影响区扩散速度分别降低9.3%和15.7%,有效地缓解了热贯通的发生,且仍能满足项目对于制冷供暖的需求,进一步阐明了地下水源热泵系统宜采用“大温差、小流量”的抽灌模式。     

数值模拟在地下水源热泵抽灌井布设中的应用

通过对不同布井方案地下水源热泵系统的地下水位与水温变化趋势预测分析,达到避免抽灌井热贯通的目的。文中以沈阳某工程为例,通过建立研究区地下水流与温度的耦合数学模型,模拟预测不同布井方案的地下水位与水温的动态变化情况。结果表明:方案一交叉布井抽水井水温变化较方案二集中布井抽水井水温变化要大,所以方案二布井要好于方案一。说明数值模拟能够准确预测不同布井方案对地下水位和水温变化情况及影响范围,继而通过调整布井方式避免抽灌井之间发生热贯通,提高热泵的利用效率,并为水源热泵工程的设计提供依据。