基于线热源模型岩土热物性参数计算方法——以贵阳市开磷城项目为例

地源热泵系统,最主要的就是地埋管换热器的设计;而地埋管换热器的关键,就是确定岩土的热物性参数。结合贵阳开磷城地源热泵系统,基于线热源模型探讨地源热泵系统热响应测试的原理、计算方法和数据处理。分析得出区域内岩土导热系数为10.49W/(m·℃),容积比热容为6.36×106J/(m3·℃);钻孔延米换热量夏季为137.48W/m,冬季为72.85W/m。数据显示该项目适宜采用地源热泵系统。     

砂土层占比对双U型地埋管换热器换热性能影响研究

以西安两处地源热泵项目为工程背景，基于恒热流线热源模型和斜率法，对双U型地埋管换热器(DUBTHE)开展现场岩土热响应试验(TRT),分析了砂土层占比、管径对DUBTHE换热性能的影响。结果表明：当砂层占比分别为16.71%,45.99%时，其岩土初始平均温度、综合导热系数分别为17.70℃,1.54 W/(m·K)和18.83℃,1.79 W/(m·K);通过权重法计算的岩土综合导热系数是现场TRT测得的1.15～1.25倍；当砂层占比由16.71%增加到45.99%时，岩土初始平均温度和综合导热系数分别提高了6.38%和16.23%,并随着管径由25 mm增大到32 mm时，夏、冬季单位延米换热量分别提高了12.76%和35.61%;当砂层占比小于45%且地源热泵系统冷热负荷接近时，宜采用DN25 DUBTHE,当砂层占比大于45%且地源热泵系统热负荷大于冷负荷时，宜采用DN32 DUBTHE。     

井陉县奥陶系灰岩浅层地温能开发利用潜力研究

为研究井陉县奥陶系灰岩所蕴藏的浅层地温能,在井陉县的河谷内实施热响应试验钻孔一眼,测试了其岩土体物理力学、热物性参数及地温场特征,发现该地区10 m以深平均地温达到了16.77 ℃,夏、冬季工况测试条件下单位延米换热量分别为68.38、65.78 W/m。通过选取地下水位埋深、地下水流速等8项指标对井陉县进行了地埋管地源热泵适宜性评价,将评价区划分为较适宜区、适宜区和不适宜区,其中较适宜区面积为244.12 km²,占总面积的16.82%。在此基础上对较适宜区进行了资源潜力评价,计算了其资源潜力及节能减排能力。为了更好的验证井陉县奥陶系灰岩所蕴藏的浅层地温能具有开发利用价值,安装了相关配套应用工程及监测设备,监测了在不同工况测试条件下的耗能量,通过与普通家用空调耗能量进行对比分析,使用地埋管地源热泵年运行成本约为使用空调成本的55%,具备开发利用价值。     

地埋管地源热泵系统岩土设计参数取值方法探讨

岩土综合导热系数和延米换热量是浅层地温能资源评价和工程设计所需重要参数,可通过室内测试、现场恒热流试验或稳定工况试验计算、测定。计算时有多种方法可供选择,目前尚无统一规定,受地层、试验条件、个人经验等多方面因素影响,选取恰当的模型和计算方法非常关键。通过实例分析,发现不同计算方法所得岩土综合导热系数结果和实测结果比较,均存在一定误差;采用国标计算法求得的延米换热量绝大多数情形下会高于实测值。在项目设计和实际应用中,应根据具体运行工况进行计算和测试,以得到最接近的设计参数。     

基于Monte-Carlo参数模拟的体积法评价浅层地温能资源

为了准确评价浅层地温能资源以便科学合理的对其进行开发利用,在对已有的评价方法进行分析研究中,发现体积法在资源评价中存在参数赋值不确定的问题,而获取准确的计算参数对准确的评价地温能资源十分重要。采用蒙特卡罗法,通过计算样本的频率可以较好地评价和描述计算结果的可信度,弥补体积法的不足。该文以丹阳市滨江新城为例,基于现场热响应实验和开发利用适宜性分区成果,对研究区每个钻孔中的样品利用蒙特卡罗法模拟体积法计算不确定性参数,从而分区计算丹阳市滨江新城浅层地温能热容量、地下水地源热泵系统换热功率和地埋管地源热泵系统换热功率。结果表明,丹阳市滨江新城在200m深度范围内浅层地温能热容量为5.14×10~(13)k J/℃,在100m深度范围内浅层地温能热容量为2.81×10~(13)k J/℃。地埋管地源热泵系统的换热功率明显大于地下水地源热泵系统的换热功率,具有更广阔的开发前景。     

浅层地热能地下换热系统适宜性评价与优化设计——以郑州市浅层地热能示范工程为例

地热资源的开发利用对减少CO2排放和抑制全球气候变化能起到积极的作用。目前,国内浅层地热能地下换热主要有地下水换热系统和地埋管换热系统2种方式,其共同优点是能源利用系数高、安全稳定、零污染排放等,但在换热效率、开发利用条件、空间占用等方面各有利弊。本文叙述了浅层地热能地下换热系统适宜性评价指标,结合郑州市浅层地热能示范工程建设项目,分别进行了抽水与回灌试验、岩土热物性参数测试、地层热响应试验等现场试验,对浅层地热能2种换热方式的适宜性进行了分析比较,得出建设区岩土具有较高的导热系数和容积比热容,有利于热量的传导与保持;但区域水位埋深浅,现场试验回灌量仅107.37 m3/d,回灌能力较差。相比之后,优化设计并选择了更适用于建设区浅层地热能开发利用的地下埋管换热系统。     

北京某厂区地埋管地源热泵系统运行分析及建议

为了分析地埋管地源热泵项目的运行情况和影响因素,提高地埋管地源热泵系统的科学性和合理性,以北京某厂区地源热泵系统项目为例,介绍了项目勘察和系统设计情况,并与实测的运行2年内岩土体温度场的热平衡及温度变化、地埋管进出水温度及单孔延米换热量等指标进行了对比分析。监测表明,该项目岩土体热平衡分析结果与岩土体温度实测分析结果基本吻合,冬季、夏季实际运行工况优于测试工况,实际单孔延米换热量小于相同工况下根据测试条件反推出的单孔延米换热量。同时进一步指出地埋管地源热泵项目应该加强前期勘察及热响应测试、后期运行维护管理和长期监测。     

河北省浅层地热能资源潜力评价

浅层地热能是一种清洁的能源,分布广储量大,在供暖制冷等行业有着广泛的利用前景,其合理的开发利用需以资源量的合理评价为基础。通过层次分析法对河北省地下水源热泵系统和地埋管热泵系统进行适宜性分区,在分区基础上对适宜区和基本适宜区进行资源量评价,应用热储法计算河北省地源热泵系统热容量为505.1×10¹⁴ kJ,折合标准煤166 432.259×10⁴ t;利用地下水量折算法得出地下水源换热功率为地下水源热泵系统换热功率21.16×10⁷ kW,单位换热量法计算的地埋管热泵系统换热功率为51.27×10⁷ kW;开发利用潜力地下水热泵系统冬季可供暖面积47.02×10⁸ m²;地埋管热泵系统冬季可供暖面积113.93×10⁸ m²。可见河北省浅层地热能资源量丰富,开发潜力巨大。     

台州滨海工业区浅层地温能资源评价与应用建议

在介绍研究区第四纪地质、水文地质条件的基础上,从浅层地温场、岩土热物性方面分析了台州市滨海工业区浅层地温能赋存特征,评价了滨海工业区地埋管地源热泵系统开发利用适宜性为较适宜,计算了区内浅层地热总容量为2.99×10~(13) kJ/℃,折合标准煤为1.02×10~9 kg,可利用浅层地温能资源为9.21×10~(12) kJ,折合标准煤5.26×10~8 kg。对滨海工业区进行地埋管系统浅层地温能开发潜力评价,结果为:夏季可供制冷面积为4.2×10~6 m~2,冬季可供取暖面积为6.7×10~6 m~2。并结合台州湾循环经济产业集聚区发展规划,提出浅层地温能开发应用建议。     

隔热内管对中深层地热井同轴换热器换热性能的影响

中深层地热井同轴换热器作为地下换热系统的重要组成部分，其性能优劣直接决定了地热能开发效率和取热效果。通过现场试验和数值模拟，研究了隔热内管与中深层地热井同轴换热器换热性能的关系并分析了内管隔热长度和隔热方案对同轴换热器出水温度和取热功率的影响。结果表明，将导热系数为0.06W/(m·K)的真空气凝胶隔热钢管作为内管时，同轴换热器短期取热功率为1506.83kW。对于3500m深的地热井，内管隔热性能要求随井深增加而降低，0～1400m段的隔热性能对整体换热效果影响较大，增大管内流量可减小内管有效隔热长度。     

咪唑类离子液体处理煤热失重以及传热特性研究

离子液体作为新型阻化剂,溶解破坏煤中的活性结构从而抑制煤氧化反应进程,达到阻化煤自燃的效果。为了考察咪唑类离子液体对煤热失重以及热传递特性的影响,采集淮南矿区丁集1/3焦煤作为实验煤样,选取[EMIM][BF4],[BMIM][BF4],[BMIM][NO3]和[BMIM][I]对焦煤处理,并将未处理煤样作为对照组,开展热重-差热同步热分析实验和激光导热实验,得出咪唑类离子液体处理煤的热失重和热物性参数。结果表明:离子液体对煤的氧化热失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同,效果最好的为[BMIM][BF4]。此外,差热结果显示离子液体处理煤的放热量均低于离子液体未处理煤,其中[BMIM][BF4]处理煤相比较于原煤,波峰温度提高28 ℃。煤样的热物性参数呈现出阶段性变化。30~210 ℃,随着温度的增加,煤样的热扩散系数逐渐降低,比热容和导热系数逐渐增大;210 ℃之后,煤样的热扩散系数逐渐上升,比热容趋于平稳,导热系数快速上升。在同一温度下,离子液体处理煤的热扩散系数以及导热系数均低于原煤,离子液体处理煤的比热容均高于原煤,其中[BMIM][BF4]处理煤的热扩散系数最小,比热容最大,导热系数最小。此外,[BMIM][BF4]处理煤热物性参数变化率最低,对温度的敏感性明显减弱,对煤热量传递抑制作用明显。结果可为煤火的防治提供一定的理论基础和现实依据。     

深部矿井围岩导热系数热变特性试验研究

围岩放热是深部矿井热环境恶化的诱因之一,而围岩 的导热系数是描述围岩热传输能力的关键参数.在对招远 某金矿岩样的试验研究中,通过激光导热仪对花岗岩试样在 ２５℃至２００℃之间的导热系数进行了测量,并利用扫描电镜 进一步分析了花岗岩试样随着温度变化的微观损伤状况. 试验结果表明,当温度升高时,花岗岩试样的导热系数会降 低,温度从２５℃升到２００℃时,花岗岩试样的平均导热系数 从３．６５８ W/(m??K)下降至２．８１１ W/(m??K),研究结果为 井下热害防治提供了试验基础.     

某中深层地埋管地源热泵系统测试与分析

中深层地热“取热不取水”技术是中深层地埋管地源热泵系统的核心，是影响整个系统设计与性能的主要因素。为了更全面地认识中深层地埋管地源热泵系统性能，本文对位于陕西省某矿区的孔深为3 183 m的中深层地埋管地源热泵系统进行了测试，测试参数包括地下岩土层初始平均温度、地热井取热能力、热泵系统运行工况参数及系统冬季性能系数，获得了部分数据，并对结果进行了分析。通过分析可知，该地热井井底初始温度为107℃,不同深度地下温度的平均温度约70℃;单位管长换热量为217.4 W/m,在供水温度为70℃,采用散热片为末端，供暖部分负荷率约为25%时，系统性能系数为1.99。本文研究可为中深层地埋管地源热泵系统设计及运行提供参考。     

高温铜渣颗粒流换热CFD模拟研究

采用CFD模拟技术研究了铜渣颗粒流余热回收颗粒塔工艺内冷却段气固传热性能和料层阻力特性,分析了颗粒塔内气固温度、压力、换热区间以及换热时间等工艺参数的变化规律。结果表明,冷却空气进入颗粒塔穿过球形铜渣时发生快速强制对流换热过程中,颗粒塔内压降梯度变化大于温度梯度变化;气速越大,换热区高度越小,10 m/s气流速度对应换热区高度仅为0.85 m, 4 m/s气流速度对应换热区高度为1.4 m;换热运行时间随气流速度增大而减小,10 m/s气速对应换热运行时间最短仅为30 s, 4 m/s气流速度对应换热运行时间最长为135 s;增大气流速度有利于强化颗粒塔内气固的换热效果,提高换热量,10 m/s气流速度对应的换热量最大为7.0×10⁷ W。     

不同变质程度烟煤的传热特性实验研究北大核心

为了探究煤火发展规律,选取大柳塔煤矿长焰煤、兴隆庄煤矿气煤、丁集煤矿焦煤和王家岭煤矿贫瘦煤,采用激光导热仪FLA 457分析煤样在空气气氛中30~300℃内的比热容、热扩散系数和导热系数随温度的变化趋势,并采用灰色关联方法掌握灰分、水分等参数分别与煤比热容、热扩散系数和导热系数之间的相关性。结果表明:随着温度的升高,热扩散系数先减小后增大,比热容先增大后趋于稳定,导热系数先缓慢增加后快速增大,且大柳塔煤矿长焰煤的热扩散系数和导热系数最小,丁集煤矿焦煤的热扩散系数和导热系数最大,这是由于煤中挥发分、灰分及固定碳对煤热物性参数的变化贡献较大。     

无通风采煤工作面自然对流换热特性研究

为研究不同气体和围岩材料对无通风采煤工作面自然对流流动与换热的影响,通过CFD方法建立含内热源的封闭腔体数值模型,通过实验对数值模型准确性进行了验证,二者一致性较好,进一步对比分析了不同环境压力下的气体、不同围岩材料对自然对流温度场和速度场以及热源散热的影响。研究结果表明：相同环境压力下,空气和氮气促进自然对流换热的性能接近,且优于甲烷;低压对自然对流流动与换热的影响很小;当环境压力从0.1 MPa升至0.15 MPa,自然对流流动与换热增强,空间内温度分布更均匀,热源表面平均传热系数增加了25.6%;围岩导热系数与封闭腔体内自然对流换热强度呈正相关,围岩导热系数由0.2 W/（m·K）增加到2.7 W/（m·K）,热源壁面的平均Nu数增加了5.1%。研究结果可为无通风采煤工作面自然对流流动和传热及规避机械设备热害提供一定参考价值。     

国内首台车载浅层地温能响应试验台交付使用

不久前,由北京市地质勘察技术院华清荣吴公司自主研制的国内首台对外销售的大型车载浅层地温能冷热响应试验台通过验收并交付安徽省地质环境监测总站使用,标志着国内用于地埋管地源热泵系统前期岩土热物性及地埋管换热器换热能力实验设备商用的开始。     

黄石城市规划区浅层地温能赋存条件及开发利用潜力评价研究

对黄石地区浅层地温能赋存条件及开发利用潜力的系统研究尚属空白.在系统分析黄石城市规划区浅层地温能赋存条件及相关热物性参数的基础上,开展浅层地温能开发利用适宜性分区及开发利用潜力评价.结果表明,研究区浅层岩土体地温为18～22℃,可开发利用条件较好;研究区地下水地源热泵建设较适宜区面积为6.94 km2,无适宜区;地埋管...     

预氧化不粘煤自燃过程热输运特性研究

为了探究煤氧化后微观基团变化对热输运特性的影响,选用不粘煤作为研究对象,运用程序升温装置将其氧化升温至90℃、150℃、210℃和300℃,采用傅里叶红外光谱仪和激光导热仪分别测定5种煤样的官能团分布及热物性参数的变化,并通过皮尔逊相关分析法得到氧化煤中微观基团与煤热输运特性之间的关联性。结果表明,随着温度的升高,原煤及氧化煤热扩散系数均先降低后升高,比热容先迅速增大后趋于稳定,导热系数先缓慢增加后快速增加。氧化煤的比热容均低于原煤的比热容,预氧化温度为150℃煤样的热扩散系数及导热系数最大。随着氧化温度的升高,氧化煤中羟基—OH含量逐渐减少,煤中含氧官能团—CO—O—和C—O含量缓慢增加,含氧官能团和羟基是影响煤热物理特性的主要因素。     

煤岩组分对蓄热及自燃特性的影响北大核心

基于采空区煤岩垮落特点,通过对煤岩混合组分热物性参数及氧化动力学分析,提出了垮落煤岩组分及混合岩性改变蓄热参数、温升氧化过程及活化能的观点。导热系数测定实验表明,煤中掺混上覆岩层后,随掺混比例增多,导热系数逐渐增大;且岩石组分含量>50%后,混合样品的导热系数增幅较大;上覆岩层岩性不同,混合组分差异明显,相同比例下,泥岩组分为50%样品的导热系数为0.12 W/(m·K)、粉砂岩组分为0.14 W/(m·K)。热重实验表明:岩石组分的增加导致失重速率的下降,主要特征温度点、活化能增大,其中粉砂岩组分活化能高于泥岩组分;此外,当煤岩组分<10%,活化能增幅较小;组分在10%~70%,泥岩组分活化能由28.18 kJ/mol增加到35.28 kJ/mol,活化能增幅较大,低于粉砂岩组分;煤岩组分>70%后,活化能增长趋势变缓。