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。     

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。     

基于CFD的填砾抽灌同井数值模拟

文章根据已有的填砾抽灌同井砂箱实验台,建立了两种不同尺寸的多区域耦合三维CFD模型,选取了热源井的抽水温度、逐时取热量和累计取热量进行模型验证。热源井抽水温度实验值与模拟值的吻合度较高,两种模型25 min内热源井累计取热量的相对误差分别为3.28%和5.56%。分析结果表明:砂箱的几何尺寸会对含水层流场和温度场的变化造成影响;回填砾石区会发生流贯通,中间隔断区的宽度与抽、回水区的间距会影响回水进入抽水区的速率,因此,应增大回水区与砂箱上顶板之间以及热源井与砂箱四壁之间的距离;应当增大中间隔断层的宽度以及抽、回水区的间距,以此来延缓流、热贯通的形成。     

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。     

基于FLOW HEAT的地下水源热泵一抽多灌井群优化布置数值研究

为研究一抽多灌井群的最佳布置方式,基于FLOW HEAT软件,将抽水井附近的灌水井群采用集中环绕型、直线型等8种不同布置方式建立数学模型,分析抽水井水温变化规律、温度和渗流场及最佳井距。结果表明,采用以抽水井为中心回灌井环绕布置方式时井群影响范围较小,渗流效果也较好,但抽水井水温较高易发生热贯通现象;采用直线型布置方式时抽水井水温变化较慢、井群渗流效果一般;井群水温随井距的增加逐渐降低。综合考虑,抽水井在回灌井中间的直线型布置且井距为51.63m为最佳布置方式。     

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。     

基于GMS的日喀则市区地下水数值模拟

根据日喀则市区地下水开采现状与含水系统结构特征,建立了二维地下水数值模型,利用研究区的观测井实测水位对模型进行校正和检验,并开展了模型参数的敏感性分析,发现渗透系数对模拟结果最为敏感。进一步将校准后的数值模型用于预测研究区未来逐步扩大化开采地下水条件下的地下水流场。结果表明,与现状条件相比,2030年研究区各地下水水源地的地下水位表现为下降趋势,其地下水位平均下降2.25m,尤其在北郊水厂抽水井附近最大降深超过7m。结果可为日喀则市东嘎水库兴建的必要性论证与备用水源地的建设提供依据。     

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。     

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.     

煤层气的运移机理及其强化抽采

煤层气是一种优质的洁净能源。在分析煤层气运移过程的基础上,建立了钻孔抽放煤层气的渗流运动方程,并求得其近似解析解。基于此,分析了煤层气抽采的主要影响因素,结果表明:增强煤层透气性,提高煤层压力,增大孔径和提高抽采负压都有利于促进煤层气的抽采。实际中,对于低渗煤层,应采取有效的强化措施,以提高煤层气的回收率。     

有限长有损线路一端开路时传输线方程的解析解

通常使用传输线方程来分析输电线路上的电磁暂态过程。文章讨论了在线路一端开路、另外一端施加阶跃直流电压时传输线方程的解析解,讨论中考虑线路电阻。文章利用了2种方法：基于分离变量法求解偏微分方程、基于留数法进行拉普拉斯反变换。研究所得解析解是以三角函数表示的级数,各次谐波为驻波,可转换为前、反行波形式。2种技术路线截然不同的方法得出完全相同的公式。     

基于GMS的渠井结合灌区适宜渠井用水比例研究

为实现泾惠渠灌区地下水多年动态平衡,确定适宜的灌溉渠井用水比例,运用GMS中MODFLOW模块建立了月尺度的地下水数值模型;结合灌区地下水位年内变化特征、各灌季农灌用水情况和"丰蓄枯补,渠井结合"的原则,对3种代表年分别设置3种灌季渠井用水方案,并进行模拟比较。结果表明,平水年冬、春、夏灌季和全年渠井用水比例分别为2.1、1.8、0.7、1.36时,能使地下水位大致稳定且实际中较为可行;丰水年冬、春、夏灌季和全年渠井用水比例分别为2.3、2.0、1.1、1.64时,地下水能得到补充;枯水年冬、春、夏灌季和全年渠井用水比例分别为1.8、1.9、0.6、1.14时,地下水位下降较少。灌区的夏灌渠井用水比例对全年渠井用水比例影响最大,应尽可能提高夏灌渠井用水比例,实现地下水位的稳定或小幅上升。研究结果为灌区水资源的高效利用及水位恢复提供了参考依据。     

Fluent数值模拟重力坝坝基渗流场的准确性分析

为探明程序中多孔介质模型求解重力坝坝基渗流场问题的准确性,采用基于有限体积法的Fluent 数值模拟程序求解坝基渗流场,以半无限深简单地下轮廓线的二维稳定有压渗流场为例,不考虑多物理 场耦合时,基于渗流理论,采用理论求解法计算渗流场各测点表征量的精确解,并与Fluent后处理程序 输出的相应测点同一表征量的数值模拟结果进行了比较。结果表明,基于有限体积法的数值模拟结果与 理论解相比误差在3%以内,可满足工程精度要求。     

三维悬链线轨道设计的数值算法

有学者提出了考虑方位漂移的三维悬链线轨道设计问题,并建立了数学模型和数值求解的基本思路,为方位漂移轨道设计技术的应用提供了理论框架,但对求解数学模型的实际算法描述不甚清晰,有可能影响其在大位移井工程设计实践中的广泛应用。考虑方位漂移因素的设计约束方程组是一个具有3个独立未知数、多个隐含未知数的非线性方程组,需要使用数值迭代法才能求出其数值解。给出解析形式的垂深增量公式,利用约束方程组中的垂深方程,将3个独立未知数中的一个表示为其他未知数的函数,从而使设计约束方程组可以降维为二元非线性方程组,降低了数值求解的规模和难度。结合隐含未知数的递推计算策略,采用缩半网格法能可靠地求出降维后的设计约束方程组的数值解,特别适用于计算机编程实现。     

基于Visual MODFLOW的尚志市水源地地下水资源预测与开采利用

鉴于尚志市地表水源污染严重、水资源紧缺,寻找水量丰富的地下水水源就成为解决当地水源问题的重要途径。为此,依据尚志市水文地质条件和抽水试验结果,采用Visual MODFLOW数值模拟方法建立水文地质概念模型和数学模型,并在现状开采条件下,将每个井的开采量以每年2.7%的幅度增加,以此为基础不断增加新建水源地的开采资源量,预测未来10年(2013~2022年)地下水流场的变化趋势。结果表明,水源地按照40 000m3/d进行开采,10年后水位中心降深值达到最大允许降深,枯水年研究区将有部分地区疏干,可见该设计开采量达到了最大允许开采量,因此在必要情况下可扩大开采井井距,此方案可作为最大开采情况下的最优开采方案。     

抽-灌井水量对耦合式地埋管井群传热性能的影响

基于多孔介质传热、传质理论以及有限长线热源模型,建立耦合式地埋管换热器井群热-渗数学模型,以原位热响应试验与现场抽水试验为验证依据。针对渤海盆地含水层,通过数值模拟探究不同抽-灌水量对地埋管井群传热性能的影响。研究表明:随着抽-灌水量的增大,地埋管井群换热能效系数增大,井群下游区域热影响范围扩大。在制冷与供热工况下,井孔E7所在细砂层佩克莱特数(Pe)与单位埋深换热变换量Δq关系曲线均呈高斯函数分布。基于所建耦合式地埋管井群物理模型,抽-灌水量推荐范围为400～600 m3/d。     

磷酸丙酮法分离玉米芯三组分的研究

采用一种无机酸/有机溶剂预处理方法,将玉米芯与浓磷酸按照液固比8∶1混合,50℃分别反应0.5,1,2 h;然后用丙酮浸泡,离心提取木质素;残渣用Na2CO3中和后酶解,旨在将已破坏结构的纤维素和可溶聚合木糖降解为单糖。傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)结果显示,回收的木质素特征结构峰明显,说明该法所提木质素官能团变化较小;进一步研究发现,磷酸1 h处理得到的木质素特征谱图最清晰完整。用扫描电镜观察(SEM)玉米芯原料和预处理残渣的微观结构变化,原料呈现沿径向条状纹路,残渣放大500倍和5 000倍都观察不到任何纤维条结构。残渣中和后酶解,24 h酶解率就达到90%左右,72 h酶解率基本达到100%。降低丙酮用量并使过程可循环是工业应用的前提条件。     

83/44侧向进油大排量抽稠泵的研制与应用

塔河油田碳酸盐岩稠油油藏具有超深、超稠,以及高密度、高黏度、高含胶质沥青质、高含硫化氢、高矿化度的"两超五高"特点,50℃原油黏度在1500~(210×104)mPa·s之间,原油黏温拐点深度为2500~5000m,采用掺稀油降黏方式生产。常规抽稠泵受排量限制,难以满足稠油举升需求;电泵运行寿命短,成本高。为提高机采井运行寿命,降低采油成本,在常规液压反馈式抽稠泵基础上,研制CYB-83/44侧向进油大排量抽稠泵。该泵上泵筒长度10.2m,最大冲程8.7m,进油通道仅为0.2m,进油口直径达到51mm,配套8m冲程抽油机,最大理论排量可达179m3/d。根据柱塞外径尺寸,设计了两种管柱及杆柱组合方式,并分别在稠油井中进行了矿场试验。结果表明,油井地层产量增加,稀稠比下降,有效泵效提高,且与电泵相比,免修期增加,采油成本显著下降,可替代小排量电泵在超稠油区块推广应用。     

三维悬链线轨道设计的改进算法

三维悬链线轨道设计是新近提出的一种大位移井轨道设计新方法,由于需要使用数值积分法来计算井段增量,设计约束方程组的数值求解比较困难.求出了垂深增量积分式的原函数,得到了垂深增量的解析计算公式.使用该解析公式,求出了约束设计方程组的一个近似解,可以将它作为求解该方程组的迭代法的初始值；使用该解析公式,还证明了稳斜井段的段长与悬链线特征参数之间存在线性相关性,并将这种线性相关性用于设计约束方程组的降维处理,使得原来的具有3个独立未知数的设计约束方程组简化为具有2个独立未知数,从而降低了该方程组的求解难度.垂深增量公式还被用于简化方程组求解过程中的隐含未知数的递序计算,大量减少了数值积分的计算量.使用数论网格迭代法求解降维后的设计约束方程组,不仅计算过程稳定、可靠,而且易于计算机编程实现.