中深层地热地埋管供热可持续性研究

为了研究中深层地热地埋管运行期间和热恢复过程中周围岩土温度变化趋势以及热恢复后岩土对竖直地埋管运行稳定性的影响。基于关中地区地质岩层数据,结合西咸新区中深层地热地埋管供暖系统实际工程应用,利用有限元仿真软件模拟分析了中深层地埋管换热器对周围岩土影响规律。结果表明: 四个月的取暖运行,在岩土上层,由于流体温度较高出现逆向换热区;在岩土下层,温度随着深度的增加降幅较大,并且在深度方向表现为线性增势;在不考虑地下水渗流的情况下,岩土取热后经过八个月的热恢复,恢复后最大温差为3.02℃,恢复后平均温差为1.30℃。岩土热恢复温差对地埋管的长期运行无显著影响,可长期持续稳定运行。实践表明,由于地层结构、地层压力、放射性衰变、地层导热等多方面因素的影响,2 000 m以下地层温度恢复迅速,并未出现明显的温度衰减,充分体现了地球恒温体的特性。     

严寒地区中深层地埋管换热影响因素及可持续性研究

利用OpenGeoSys(OGS)软件,采用双连续体介质方法并结合实际工程资料,建立中深层地埋管换热数值模型。在此基础上,研究中深层地埋管换热技术在中国北方严寒地区的换热性能及其适用性,同时对其换热影响因素及可持续性进行研究。研究结果表明：在中国北方严寒地区,中深层地埋管换热技术换热性能较好,具有良好的适用性及可持续性。通过将地埋管布置在优质地热区域,同时增大循环水流量、增加地埋管深度、选择较大内管导热系数及回填材料导热系数等方式可提高地埋管换热功率;较高的循环水进水温度、较大的内外管径比及内管导热系数则会减弱换热效果。     

中深层地热Ｕ型井地埋管换热器的试验研究

地热能作为一种非碳基能源,具有储量丰富、清洁可再生等特点,开发利用地热能有助于碳达峰的实现。在中深层地源热泵领域,我国主要以单井同轴管为主,而相对高效的中深层地热U型井地埋管案例屈指可数。为了了解中深层地热U型井地埋管换热性能及井下换热参数变化,完成了新型的Ｕ型井地埋管换热器工程,并在此基础上进行了实验研究。首先,开展了地温测量,确定了研究区的地层温度,根据热储的物性条件选取了水平井段及对接位置;其次,分析空载循环试验工况下循环水的流量及井下温度的变化情况,研究了负载工况下供回水温度、流量、换热量、不同井段对换热的贡献率、井下温度的动态变化、U型井的恢复能力等因素。实验结果表明,中深层Ｕ型井地埋管换热器井底温度会随运行时间增长而降低,流量大且回水温度较低的情况下,换热器的换热量比较高,最高为1336.8kW;回水井对换热量的增加有限,每百米增加0.12℃,实际工程中可以考虑减小口径,降低建设费用。U型井地埋管换热器的地温恢复能力较强,停止运行24h左右井底温度与初始温度差为-13℃。研究结果有助于研究人员对中深层Ｕ型井地埋管换热器有更进一步的认识,从而推动中深层地热能的健康可持续发展。     

竖直U型地埋管换热器热短路抑制措施的分析

建立了单U型地埋管换热器三维瞬态数值分析模型,对抑制地埋管换热器“热短路”的各种措施进行了数值模拟.在不同载流体流速和回填料导热系数条件下,分别对隔热板式、保温套式地埋管换热器和未采取任何“热短路”抑制措施的普通地埋管换热器整体传热性能进行了研究,获得了不同“热短路”抑制措施对埋管换热器整体传热性能的影响规律;通过对影响埋管换热器整体传热性能“热短路”抑制措施的对比分析,并结合地埋管换热器实际工程运行环境,提出在工程实践中不必针对埋管换热器的”热短路”现象采取任何额外的抑制措施的建议.     

不同形式地埋管换热器运行性能影响因素研究

为研究单U和双U地埋管换热器运行性能的影响因素,运用能耗模拟软件TRNSYS建立地埋管换热器模型对其运行特性进行仿真模拟后,与实际工程数据对比,验证模型有效性,继而以换热器能效系数为评价指标,分别对钻孔深度、U型管两管间距和回填材料导热系数等影响因素进行分析研究,得到:双U地埋管换热器的单位延米换热量为106.72 W/m,单U地埋管换热器的单位延米换热量为86.39 W/m;适当增加钻井深度、埋管间距和回填材料导热系数对整体换热效果有促进作用,且在双U埋管情况下促进作用更显著的结论.     

地源热泵桩基埋管传热性能测试与数值模拟研究

阐述了地源热泵地埋管传热性能的测试原理,并与热响应测试原理相对比.依据传热性能测试法,搭建实验台测试了4种桩基埋管在额定进口水温下的传热性能,并考查了不同进口水温对W型埋管传热性能的影响.进而采用数值模拟方法研究了不同埋管类型的传热性能,与测试结果相比有较好的吻合性.该文提出的传热性能测试方法和数值模拟方法可准确确定单位井深放热量,为地源热泵系统的优化设计提供参考.     

运行模式对地埋管换热器热交换性能的影响试验

运行模式对地埋管换热器的热交换性能具有显著影响。文章借助桂林理工大学建立的地源热泵实验平台,对桂林地区地源热泵制冷工况下3种运行模式进行试验,研究地源热泵的运行状况及管壁温度变化特性,分析运行模式对地埋管热交换性能的影响规律。研究结果表明:3种运行工况下,地源热泵机组的性能系数COP分别为4.30,4.03,3.48,竖埋管单位管长换热量为14.4~32.8 W/m,水平埋管单位管长换热量为14.8~17.9W/m;地埋管的管壁温度随着地源热泵的运行发生变化,其恢复程度与停机时间的长短有关;间歇运行模式有利于土壤温度场的恢复,提高地埋管换热器的热交换性能;停运比Ps-o由0变化到1时,热泵机组性能系数COP增加了15.8%。     

地埋管换热器分区运行对土壤热堆积特性影响的研究

为了缓解埋管区域土壤的热量堆积问题,提出了埋管换热器按内中外、块状、间隔三种分区运行的策略,利用CFD软件建立了10×10的井群换热模型,对地源热泵系统在三种分区与不分区运行策略下运行十年进行数值模拟,分析不同分区运行策略对土壤温度分布和土壤热堆积特性的影响。模拟结果可知:不分区、内中外分区、块状分区、间隔分区四种运行策略下埋管区域的平均温度分别为25.23、23.31、23.06、23.28℃,最高温度分别为40.62、32.77、40.65、38.93℃;分区运行较不分区运行可以有效缓解热堆积作用,埋管区域整体温度较不分区运行时降低了2.00℃左右,内中外分区策略可以显著缓解埋管区域热堆积。     

太阳能-地热道路融雪系统路面传热特性的数值研究

初步建立了道路融雪系统的路面传热模型,并基于典型年逐时气象数据与复合边界条件,进行了稳态传热数值模拟,分析了不同埋管深度和加热温度对道路融雪性能的影响,得到了最大和待融热负荷与降雪量、环境温度、相对湿度以及风速等因素之间的关系,可为工程设计应用提供必要的参考依据。     

纳米流体对U型深埋管换热特性影响的研究

结合西安市某个埋深为2505 m的U型深埋管换热系统,在原位实验验证的基础上建立三维全尺寸数值计算模型,进而模拟分析埋管内热流载体种类对强化埋管换热的效果.埋管内热流载体除常规使用的水外,还选用Al2O3/水、CuO/水和SiO2/水3种纳米流体.通过改变这3种纳米流体的纳米颗粒体积浓度分别为0.1％、0.3％、0.5...     

热管置入式墙体在实际建筑中的传热特性研究

该文在热管置入式墙体稳态传热实验和动态传热模拟的基础上,于天津地区搭建实际环境下热管置入式墙体测试系统。该测试系统基于2个相同结构尺寸房间,在其中一间的南外墙上置入热管,测试期间用电暖器维持室内18 ℃。依据测试数据对实际环境下墙体的动态传热特性进行分析。结果表明,相比于普通墙体,热管置入式墙体的内表面温度提升率为3.4%,蓄热能力提高;热管置入式墙体平均延迟时间为11.12 h,比普通墙体滞后约0.50 h;热管置入式墙体平均衰减倍数为89.37,比普通墙体大;测试期间热管置入式墙体节能率为25.9%。     

深层U型地热井仿真模拟及取热性能研究

为充分考虑地热梯度、提高模型计算效率,采用分段方法建立闭式U型井换热器的传热解析模型,并编写程序实现模型的耦合计算。利用系统实际运行数据对模型进行精度验证,并对入口温度和循环流量2个运行参数对地热井取热性能的影响进行分析。结果表明：经与以光纤传感器实测数据在沿程方向上的对比,该模型的平均相对误差为7.3%,模型精度满足工程使用要求。在保证基础负荷需求的前提下,地热井入口温度保持在5~16 ℃之间,循环流量在80 m³/h以上时,可保证地热井处于高效运行区间。在该工况区间内,降低入口温度比提高循环流量能获得更好的热经济性,合理的入口温度和循环流量的匹配调节能使地热井的供热能力提高10%。     

中深层地热单井循环系统传热强化方法研究

针对中深层地热单井循环系统井内热贯通导致的换热功率低的问题,提出一种内管末端变径的井下传热强化方法,并建立数值模型,利用FLUENT进行为期30 d的模拟计算。结果表明,采用内管末端变径的方式能有效增强地下水“互动”,充分利用含水层的高温来提高单井换热功率。将井下换热分为导热区和采灌区两部分,随着封堵比例的增加,抽水中的含水层补给占比增加,且采灌区换热功率在系统换热功率中的占比逐渐增加。当封堵比例增大到100%时,采灌区换热功率达到导热区的1.76倍,井口出水温度可基本稳定在58℃,系统换热功率稳定在约995.46 kW,相较于内管等径系统,换热功率可提高84.71%。同时,单井循环系统仅导热区的延米换热量就可达到154.23～216.89 W/m,超过了闭式同轴套管换热系统稳定运行的最高延米换热功率,而系统换热功率可达到闭式系统的3.57～6.60倍,在单井换热系统中具有显著优势。     

地热耦合热泵系统用于高层写字楼采暖的节能效果

针对天津市某实际工程项目所采用的地热耦合热泵系统作为该高层写字楼空调系统冬季热源，采用一次能耗的概念，利用“典型气象年”气象参数，研究了其在实际负荷条件下，与采用城市热网作为空调系统冬季热源的常规做法相比的节能效果，及与完全采用地热水作为热源相比的经济性。     

夏季间歇运行工况下相变温度对相变回填地埋管换热器传热性能的影响

为探究相变温度对相变材料回填地埋管换热器传热性能的影响,建立管内流体换热、回填区域相变换热及土壤换热的三维耦合传热数值模型,利用焓-多孔介质模型对相变区域相变问题进行处理,研究夏季间歇运行工况下不同相变温度回填材料对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:添加PCM,可有效提高换热量,短期内缓解埋管周围热积聚,利用相变温度18℃的PCM回填,单位井深换热量至少比普通材料回填提高49.54%;在间歇运行初期,换热量随相变温度的升高逐渐减小,低相变温度的PCM可明显改善埋管换热量,但随着时间的进行,较高相变温度PCM回填对换热器换热量的改善效果优于前期低相变温度。此外,在运行期间,不同相变温度的PCM表现出不同的熔化、凝固特性,当PCM的熔化、凝固过程交替进行时,可减缓土壤温度在运行期间内波动幅度。     

注入温度对增强型地热系统性能的影响研究

基于考虑增强型地热系统(EGS)流体损失的三维传热传质数值模型,将热提取速率定义为与注入温度无关的函数,对比分析注入温度对以CO2为工质的EGS(CO2-EGS)和以水为工质的EGS(H2O-EGS)的性能的影响.结果发现:对于CO2-EGS,较高的注入温度抑制热开采和CO2损失(即CO2封存);对于H2O-EGS,较...     

U型深埋管固井层对埋管换热性能影响的研究

结合西安市某个U型深埋管工程,建立三维全尺寸数值计算模型并进行模型验证.在此基础上,模拟分析不同导热系数的埋管固井层对埋管换热能力的影响.结果表明,固井层导热系数在小于及接近岩土层导热系数的范围内增加时,埋管换热强度随之增加明显;固井层导热系数对埋管换热的影响程度与周围竖向各层岩土导热系数的大小相关,而与地层竖向的温度...     

资源评价与数值模拟在对井回灌系统中的应用

主要针对低焓热水型地热热储，分析了对井系统种类参数依赖的因素，关系以及相关程度，回灌率的选取，渗透率在含水层中三维分布情况对开采区域的影响，回灌对维持热储压力的水平范围和回灌冷水的影响程度，对井的合理井间距等，并针对兰庄地热田地热地质的非均质，各向异性特点，研究了该区的地热地质构造特性，地下资源储量，水资源补给可能性，评价了该地区地热资源的开发潜力。