基于表皮效应的单井循环地下换热系统地下水渗流方程的统一分析

单井循环地下换热系统有循环单井、抽灌同井和填砾抽灌同井3种形式。由于上述3种热源井结构不同,导致地下水渗流数学模型繁多、复杂,并且缺乏统一的理论公式,难以应用于实际工程。为解决上述问题,文章利用表皮效应对渗透系数进行统一,获得3种热源井井壁处渗透系数转换关系式。文章以填砾抽灌同井为例,建立地下水渗流方程和边界条件,推导降深方程,并利用渗透系数转换关系式得到其它热源井的降深方程。研究结果表明:填砾抽灌同井地下水渗流方程的解析解与数值解之间的平均误差为2.0%;填砾抽灌同井地下水渗流方程可以解决填砾抽灌同井影响下的稳态、无越流承压含水层的地下水流动问题,并为实际工程应用提供理论基础。     

岩溶含水层地下水源热泵运行对地下水温度场的影响

为探究岩溶含水层水源热泵运行期间地下水温度场变化规律,以武汉市某场地地下水源热泵系统为例,基于有限元数值模拟软件FEFLOW,分别模拟了水源热泵空调制冷和制热期间抽水-回灌目的含水层中的渗流场和温度场,并对表征岩溶发育的重要参数储水系数和孔隙度进行敏感性分析。模拟结果表明,地下水源热泵运行仅影响回灌井附近地下水温度,不会对区域含水层温度产生影响;而表征岩溶发育的典型参数储水率和孔隙度,对模拟结果的影响不大。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

厚黄土覆盖区采煤对松散含水层渗透系数及水位的影响

针对厚黄土覆盖区煤矿开采破坏地下水的问题,以山西省屯留县常村煤矿为例,采用GMS软件对研究区地下水流进行模拟及识别检验,通过改变松散含水层渗透系数及水头的大小,定量研究冒落裂隙带未沟通松散含水层下伏弱透水层底板、弱透水层性质不变条件下,厚黄土覆盖区煤矿开采对不同水力条件松散含水层的影响。结果表明,S6采区开采结束后,在采区附近出现降落漏斗,漏斗影响面积及中心处水位降深随时间的增加而加大,增大速率由大到小;不同渗透系数条件下,预测前期渗透系数越大,降深越大,影响面积越大,预测后期渗透系数越大,降深越小,影响面积越大;不同水头条件下,在整个预测期内水头越大,降深及影响面积均越大。     

土坝二维渗流问题的有限分析法数值模拟

采用一种用于不规则边界的有限分析五点格式的方法，对稳定渗流中的非均质各向异性问题进行了计算，给出了适用于非稳定渗流计算的有限分析五点格式，对均质非稳定土坝渗流进行了计算。与其他方法相比，不规则边界的有限分析五点格式具有良好的数值性能。     

Jacob假定下含水层水流方程的线性探讨

在Jacob假定下通过含水层形变的本构方程分析表明，渗透系数是水头的单调增函数．而储水率的含水层骨架弹性贡献部分不受含水层形变影响。参数取值量级分析表明，含水层的储水率为常数，所取常数的计算式因岩性和水头下降幅度的不同而有所不同；渗透系数可否作为常数也取决于岩性和水头下降幅度。对水头下降超过10m的松散砂性含水层及粘性储水层，渗透系数随孔隙水头的下降而减小．水流方程呈非线性。对于半成岩或成岩含水层以及水头下降小于10m的粘性储水层和松散砂性含水层，渗透系数为常数，水流方程呈线性。     

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.     

拟建水库对干旱区巴音河傍河地下水水源地的影响分析

傍河开采地下水是内陆干旱区重要的水资源利用方式之一。由于河流与傍河水源地具有密切的水力联系,因此河流流量的变化将影响傍河水源地的安全开采。以青海省德令哈市拟建蓄集峡水库为例,采用Visual MODFLOW软件建立并验证了研究区的地下水流数值模型,分析了建库前后水库蓄水对下游傍河水源地地下水位的影响及不同开采情况下的傍河水源地地下水水位变化。结果表明,平水年,水库蓄水使工业水源地和生活水源地地下水位降低,且主要集中在7~10月;枯水年,水库蓄水对下游工业水源地和生活水源地地下水位的影响较小。随着水源地开采量的增加,工业水源地和生活水源地地下水位均出现了不同程度的降低。     

Mixing of thermal and non-thermal waters in the Steamboat Hills area, Nevada, USA

Groundwater monitoring began in 1985 at two geothermal facilities in the Steamboat Hills area, Nevada. Wells representing non-thermal, thermal, and mixed waters are evaluated by assessing temporal variations in B and Cl concentrations, water levels, and temperature. The objective is to assess the hydrologic and geochemical connection between the fractured bedrock geothermal reservoir and the alluvial aquifer. Results suggest that fault-controlled groundwater flow between the geothermal system and the alluvial aquifer is the dominant hydrologic process. Temporal trends suggest that the thermal water component in the alluvial aquifer has increased in most areas but decreased in at least one area.     

基于Hydrus-1d及解析法的灰场氟化物迁移动态研究

为确定电厂运行年限内,不同含水层防污性能条件下氟化物对当地水环境的影响程度,分别采用Hydrus-1d软件、解析法模拟预测氟化物的垂向污染下渗深度及水平二维向的动态迁移规律,通过对比分析未采取防渗措施和采取防渗措施下氟化物的运移规律,给出了2种方案下不同时段氟化物对地下水环境的污染迁移距离及相应浓度,发现采取防渗措施能有效降低污染物浓度,对改善环境污染效果明显。     

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。