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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

地下水源热泵运行时渗透系数对含水层的影响

为减少地下水源热泵运行对地下空间的影响,运用颗粒迁移理论研究了地下水源热泵长期运行时渗透系数对含水层参数变化特性的影响。结果表明,随着地下水源热泵的长期运行,含水层孔隙率和渗透系数的变化特性与渗透系数的初始值无关,而承压水头的变化特性则受渗透系数的影响,渗透速度为影响含水层参数变化的重要因素之一,较小的渗透速度可有效减少地下水源热泵运行对地下空间的影响。     

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。     

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。     

地下水水源热泵的水源问题研究

地下水是应用地下水水源热泵的前提。文章简单阐述了地下水温度、流量和水质对水源热泵运行效率的影响。介绍了水处理技术和回灌技术，探讨了工程中应注意“热短路”问题。     

岩溶地区特殊地质条件对U型地埋管换热器的传热影响研究

以南方岩溶地区地下水丰富为前提,利用多含水层渗流提高地埋管的换热能力。该文利用有限元软件建立三维单U型换热孔数值模型,利用相关指标分析有无含水层时地源热泵系统的换热效果研究。结果表明：蓄能岩土体内有无含水层多种情况时,U型管出水口平均温度呈现N1>A1>A2>AF1>AF2;AF2、AF1、A2和A1情况下的平均延米换热量分别比N1高49.87%、44.06%、39.51%、31.93%;AF2、AF1、A2和A1情况下的平均COP分别比N1高4.35%、3.93%、3.52%、2.67%。在地下水丰富区域应合理布置换热孔,提升热泵系统运行效率,对实际工程项目可提供一定的指导。     

多井同期抽灌储能模式咸水层热运移特性研究

基于含水层储能水、热运移的基本理论与控制方程,针对地下咸水层储能过程中渗流溶液密度及粘滞性系数变化显著的特点,对现有的地下含水层储能数学模型进行修正、完善,建立地下咸水层耦合储能模型,探索不同储能模式下含水层温度场变化规律及阶段性热量运移特征。研究结果得到,采用地下原水与去离子水回灌时,在储热运行期与间歇停运期粗粉砂层中热作用半径变化率分别为0.272m/d、0.008m/d,0.348 m/d、-0.04 m/d。在储能阶段,伴随回灌溶液温度上升、盐度降低,地下水渗流速度上升,导致对流换热与热弥散效应增强；间歇阶段,则由于地下咸水与回灌溶液间盐度梯度增大,在分子扩散作用下回灌溶液温度场影响范围减弱。     

Water pumping analysis and experimental validation of beach well infiltration intake system in a seawater source heat pump system

Based on energy conservation equation and Darcy’s law, a model of beach well infiltration intake system applied in a seawater source heat pump system was established. The model consists of the seawater seepage and the heat transfer process. A porous medium model in a software named FLUENT was applied to simulate the seepage and the heat transfer process. This model was also validated by field experiment conducted on the seashore in Tianjin, China. The maximum relative error between simulation results and experimental results was 2.1% (less than 5%), which was acceptable in engineering application. The porosity and coefficient of thermal conductivity of the aquifer soil were determined to be 0.49 W/(m·K) and 1.46 W/(m·K), respectively in the simulation. In addition, the influencing factors of pumping water of beach well were also analyzed. The pumping water was found to increase when the distance between the beach well and the impervious boundary becomes longer, when the distance between the beach well and the supplying water source shortens, when the diameter of the beach well enlarges, and the drawdown enlarges.     

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。     

Performance analysis and parametric study of thermal energy storage in an aquifer coupled with a heat pump and solar collectors,for a residential complex in Tehran,Iran

Aquifers are underground porous formations containing water. Confined aquifers are the formations surrounded by two impermeable layers, called cap rocks and bed rocks. These aquifers are suitable for seasonal thermal energy storage.In the present study, a confined aquifer was considered to meet the cooling and heating energy needs of a residential complex located in Tehran, Iran. Three different alternatives were analyzed in this aquifer thermal energy storage (ATES), including: using ATES for cooling alone, for cooling and heating, as a heat pump, and for heating alone, employing flat plate solar energy collectors. A numerical simulation, based on the finite difference method, was carried out for velocity and temperature distributions as well as the heat transfer in the aquifer. The thermal energy recovery factor and the annual coefficient of performance of the system were determined under various schemes of operation, revealing that the combination of the ATES with the heat pump, to meet both cooling and heating needs of the complex, is the best. The study was repeated for different aquifer properties.     

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。     

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。     

冰源热泵系统在设施水产养殖中的技术经济性研究

针对目前刺参养殖的水温调控系统能耗大及适用性差等问题,提出基于冰源热泵的高效清洁供热及结合跨季节蓄冷实现全年冷热管理的技术思路,采用冰源热泵系统和跨季节蓄冷型冰源热泵系统对养殖水体温度进行调控,建立模型定量对比分析系统的运行能效及技术经济性.结果表明:(1)冰源热泵系统供热和供冷时的性能系数分别为3.33和3.39,全...