中深层U型对接井取热能力影响因素显著性分析

文章根据中深层U型对接井换热原理,建立了数值换热模型。基于正交分析方法,对U型对接井取热能力影响因素开展显著性分析。研究结果表明：在众多因素中,影响程度由大到小依次为地温梯度、埋管深度、入口温度、岩土导热系数、水平长度、岩土密度、循环流量、岩土比热容,且地温梯度、埋管深度的影响程度远高于其他参数。前4个因素具有高度显著的影响,在U型对接井供暖项目中,对地热地质条件尤其是地温梯度和岩土导热系数进行准确地测定与计算是十分必要的。U型对接井换热长度一定的条件下,增加埋管深度更有利于热提取。在满足热泵机组的运行要求下,应尽可能降低U型对接井入口水温,从而提高其取热能力,循环流量调节可作为控制U型对接井出口水温的辅助方法。     

单井地热采暖系统岩石温度特性模拟研究

建立了单井地热采暖取热及热恢复过程的数学模型,利用该模型重点分析了岩石温度的恢复特征。结果表明：在同一深度条件下,距离井壁越近,岩石温度恢复率越大,温度恢复程度越高;岩石温度恢复并不是一个均匀平稳的过程,在开始恢复后60 d左右,距井中心0.1 m处温度恢复率就已经达到85%,100 d左右达到90%;随着换热进行,岩石温度逐年降低,出口温度和取热功率也随之逐年降低。第一个采暖季平均采出水温度为295.87 K,取热功率为724.80 kW,第二个采暖季平均采出均温度为295.18 K,取热功率为696.49 kW。     

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。     

U型井取热不取水地热开采潜力及影响因素分析

取热不取水井筒闭循环采热工艺是开采地热水低产区、地热尾水回灌难地区地热资源的有效方式。为了研究U型井式闭循环地热系统对中低温砂岩地热资源的可持续开采能力,文章以河北任县已有的地热地质数据和短期供暖数据为基础,使用井-储耦合模拟程序T2WELL对U型井采热能力进行数值分析,探究U型井式闭循环地热系统对该研究区地热供暖的可持续潜力。此外,定量分析了不同关键工程参数对U型井提热能力的影响,以指导设计合理的U型井取热不取水地热开采方案。结果表明：U型井地热开采系统的产流温度和提热功率在同一个供暖季内随时间降低,在连续多个供暖季内也随时间降低,其变化趋势为先快后慢。基于文章模型研究,确定U型井式闭循环地热系统最适合的注采流量、回灌温度、水平井长度分别为60 m3/h,10℃和400 m。     

热泵间歇制热及土壤热响应特性的研究

研究了广东地区地源热泵机组间歇式运行模式下埋地管换热器的换热能力及土壤热响应特性。土壤源热泵系统的单U、双U埋地管换热器深30m,在连续运行工况下,系统运行12h后土壤温度变化很小,单U和双U井的土壤平均温度分别下降5.16℃和6.30℃,系统停机后自然恢复到初始温度需要长达75h。分别取开停时间比3h:5h和4h:5h进行实验,并比较了间歇和连续两种工况下地埋管换热能力的大小,发现间歇工况下单U井的换热能力可分别提高8.3%和7.6%,双U井可分别提高10.2%和3.1%。     

中深层地热地埋管实际运行影响因素研究

为研究中深层地热地埋管运行的影响因素,分析西咸新区中深层地热地埋管供暖系统的长期运行结果,并结合关中地区地质数据,建立深度为2510 m的中深层地埋管换热器全尺寸模型,采用数值模拟法研究实际岩层分布下地埋管的运行、结构和材料因素对其取热能力的影响。结果表明,西咸新区某项目1号地埋管和2号地埋管两个地埋管,其平均取热功率均在310 kW以上,具有优良的取热能力。地埋管进水温度随季节变化明显,并引起用户侧负荷及热泵回水温度的波动。在结构方面,随内管径由63 mm增至125 mm,平均出口水温和换热功率分别降低1.9%和4.8%,但内管径过小将影响内管运行的安全性,综合安全和换热两方面因素,最佳内管径应选取ϕ110 × 10mm规格;随外管径由168.3 mm增至244.5 mm,平均出口水温和换热功率分别增加3.5%和9%,综合成本和换热两方面因素,最佳外管径应选取ϕ 177.8 × 19 mm规格;在运行方面,地埋管出口水温随着流量的增加而减小,换热功率随着流量增加而增加;出口水温随着进水温度的升高而上升,换热功率也随之减小。在材料方面,减小内管导热系数和增加固井材料导热系数均能增加地埋管出口水温和换热功率,考虑换热功率变化和成本因素,在工程中导热系数为0.42 W/（m∙K）的内管和导热系数为3 W/（m∙K）左右的固井材料。     

黄土塬区中深层无干扰地热能技术应用研究

本文通过黄土塬区某学校中深层无干扰地热能供暖项目的测试数据，分析了该技术在黄土塬地质环境的应用特点及前景。项目供暖面积28 513 m²,配置2孔2 520 m深的同轴套管换热井，实测孔底温度76.1℃。其中黄土层0～210 m地温梯度为5.22℃/hm,说明黄土层可能具有较好的控热作用。实测单井换热功率为271.62 kW,与计算结果基本一致。耗电成本为2.28元/m²·月，全系统COP为4.45,每个采暖期可减少CO₂排放785.22 t。中深层无干扰地热能技术在黄土塬区建筑碳减排中具有较好的应用前景。     

中深层同轴换热器充填材料热性能研究

地热能作为分布广、储量大的可再生能源,在节能减排和促进碳中和方面具有重要作用。同轴换热器在开采中深层岩土体热量方面优势明显,可以进行无干扰式“取热不取水”开发。作为换热器与地层岩土体的传热媒介,充填材料对热性能的影响至关重要。采用数值模拟方法分析5种充填材料对流体温度、岩土体温度和作用范围的影响。结果表明,充填材料水的热阻是细砂-膨润土的1.5倍;采用高导热的充填材料（细砂-膨润土）后,出口流体温度升高了1.81℃,环空流体随深度增加呈非线性演化;换热器短期（4个月）和长期（20年）运行模式下井底（2 000 m）影响范围分别是深度500 m的1.5倍和7倍;细砂-膨润土作为充填材料的换热器在短期和长期运行模式下,井底影响范围可分别达到5.2 m和36.5 m。     

能量桩温度场分布特征数值模拟研究

能量桩技术作为新型地热能利用技术,因其高效节能的特点而具有广阔的发展前景。为探究能量桩温度场分布特征,采用ANSYS软件对能量桩的取热过程进行了数值模拟研究。研究结果表明：稳态时,能量桩温度场整体上呈对称分布,径向温度场呈圆形,纵向温度场呈椭圆形;桩体深度不同,热影响范围也不相同;桩中部热影响范围最大,桩顶和桩底附近热影响范围较小,最大热影响半径约为2.2m。     

地源热泵系统运行换热区内外地温场变化特征分析

基于上海某高校综合研究中心地埋管地源热泵工程,对地源热泵系统稳定运行3 a地埋管换热区内外地温场进行实际监测,并对3 a间换热区内外地温场变化特征进行深入分析。分析结果表明:系统稳定运行3 a,换热区内外地温受地埋管换热器取放热影响呈波状变化,并且地温变化相对于环境温度的变化存在一定的滞后性,换热区中心区域约滞后3个月;随着深度的增大地温变化幅度有逐步减小趋势;实验场地源热泵系统持续运行3 a地埋管换热对地温的影响半径半径为6.0~9.0 m;实验场在夏季空调使用高峰采用了地表水地源热泵系统进行调峰,系统持续运行3 a地埋管换热器取放热基本平衡,未造成地层热堆积现象,运行效果较好。     

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分布无明显关系。     

寒区路基地源热泵型供热装置运行特性及能效优化北大核心CSCD

文章针对寒区路基工程广泛面临的冻害问题,基于地源热泵技术,构建一种主动温控式路基。通过模型试验,对比了热泵在不同运行模式下的换热特性,结果表明:在连续运行模式下,热泵供热温度最高达95.9℃,吸热温度低至-8.5℃,可以有效防治冻胀。热泵定时运行模式的换热效率优于定温模式,定温模式的启停循环次数多、压缩机能耗大;在定时模式下,随着启停比的增大,供热温度逐渐升高,而吸热温度先降低、后升高,启停比为2∶1时,换热效果最优;面向单线铁路路基冻胀抢险时,建议热泵间距取1.5~3.0 m,热泵功率宜取1.0~2.0 kW,根据冻胀程度动态地控制启停比例。     

U型井开发干热岩井筒温度场研究

干热岩开发主要采用水力压裂的方式,而以U型井方法取代固有开发模式,具有减少水损、提高能量衰减周期,避免诱发地震等显著优势。因此,建立了U型井井筒和干热岩储层非稳态流动传热耦合模型,采用有限体积法结合Crank-Nicolson全隐式格式进行离散求解,并通过地热井数据验证了模型的可靠性。研究了干热岩开采过程中井筒及地层的温度变化特征,定量分析不同的敏感性因素对出口温度的影响,利用正交试验法明确影响取热量大小的因素排列。结果表明：各个因素的大小对出口温度影响明显,而影响取热量的因素由主到次为注入流量、水损率、岩石导热系数、水平段长度、入口温度、井筒直径。研究成果进一步完善了干热岩高效热提取理论,可为我国干热岩地热能的开发利用提供借鉴作用。     

基于ANSYS模拟巷道围岩调热圈分布研究

应用ANSYS软件对在通风量不同情况下围岩调热圈温度分布及井巷在自然通风状态下与人工通风情况下各自围岩调热圈温度分布情况进行数值模拟。结果表明在自然通风情况下调热圈半径为3.09 m,人工通风作用下调热圈向岩层内部扩散较为显著,且其值为4.3 m。对高温深井进行通风量控制以及热害防治有指导意义。     

考虑桩土差异的能源桩传热模型及其热响应半径计算

为解决能源桩传热分析中一般将桩土视为相同介质而引起误差的问题,建立一种可考虑桩体与土体之间热物性差异的U型埋管能源桩非稳态传热模型,将其与线热源模型进行对比,验证该模型的准确性。在此基础上,通过级数展开得到近似简化的能源桩热响应半径表达式。最后,对单位桩长换热量、桩体的热扩散系数、桩径以及土体类型进行分析,利用“储热比”评价上述参数对能源桩传热过程的影响。结果表明：该模型较线热源模型可更精准地描述能源桩传热过程,可有效避免传热初期低估桩壁过余温度以及传热稳定期高估桩体温度的问题;在典型的能源桩运行周期内,所提出的热响应半径计算方法误差在0.1 ℃以内,符合工程要求;能源桩传热过程中,土体的储热比随桩体热容、桩土间热扩散系数相对差异的减小而增大;桩壁过余温度及土体储热比均随桩径的增大而减小,随着传热时间的增加,不同桩径对应的桩壁过余温度差逐渐加大,土体储热比差值逐渐减小;相同换热功率作用下能源桩桩壁过余温度的变化率几乎不随传热时间增长而变化;传热90 d后,桩径对能源桩传热过程中能量传递分布影响不大。     

土壤热渗耦合作用下U型埋管换热器换热特性数值模拟

建立了管内流体流动及周围土壤热渗耦合传热的垂直U型地埋管换热数理模型,采用数值方法对有渗流和无渗流工况下的土壤温度场分布、埋管出口温度、不同渗流速度下的单位井深换热量进行了模拟计算分析。结果表明,地下水渗流作用能减小埋管出口升温幅度,在埋管入口平均温度为33℃时,有渗流工况下的埋管出口平均温度为29.91℃,无渗流工况下的埋管出口平均温度为30.85℃。单位井深换热量随渗流速度的增大而增加,当地下水渗流速度为10 m/a和400 m/a时,与无渗流工况相比,单位井深换热量分别增大了约6.33%和71.33%。     

太阳能热发电技术的进展及现状

介绍了槽式、塔式和盘式太阳能热利用发电站的发展史和技术现状.指出槽式太阳能热发电站的功率可至1000MW,是所有太阳能热发电站中功率最大的,其年收益也最高.塔式太阳能热利用发电站的功率可至100MW,与槽式系统相比,在商业上还不成熟.但高温型塔式系统和燃气轮机混合发电或和混合发电站联合发电最具市场化前景.盘式太阳能热发电系统功率5～1000kW,它用在流动场所,应用范围大,除可满足用电需求,还可代替柴油机组.     

堆叠式车载超级电容器热管理方式分析

本研究使用COMSOL Multiphysics 6.0软件对堆叠式车载超级电容器建立了有限元模型,并且针对空冷和液冷两种不同的热管理方式分别建立了热模型以对比其热管理效果。首先,在相同的参数变化范围内,分别研究了空冷和液冷两种方式的超级电容器的最高温度与换热介质的初始温度、在入口处的流速以及超级电容器模组的发热功率之间的关系。结果表明,换热介质的初始温度越高,超级电容器的发热功率越大,则超级电容器的最高温度越高,而换热介质在入口处的平均流速越大,则超级电容器的最高温度越低,且存在一个临界流速1.5m/s,超过该临界值之后,二者的相关性将大大减弱。此外,基于参数化研究结果,设定相同的操作参数,深入分析了这两种热管理方式的换热过程,解释了本研究中空冷和液冷在高度方向上温度梯度方向相反的现象,并从最高温度与温差、温度分布和换热时间三个方面对比了二者的热管理效果。结果表明,液冷超级电容器的最高温度更低,温差很小,温度分布十分均匀,且换热时间远少于空冷超级电容器,热管理效果更好。     

基于金属埋管含水层换热效率的物理模型试验

考虑到浅埋含水层渗透性高和热扩散能力强的特点,提出一种基于金属埋管的新型高效含水层换热技术,以实现地热能高效开发。通过室内模型试验研究金属埋管在不同渗透系数岩土材料中的换热特性以及温度响应特征。结果表明,加热功率恒定为80 W时,金属埋管的能效系数随岩土介质渗透系数的增大而增大,渗透系数为1.04×10^-3m/s的砾石能效系数较黏土提升72.31%,表明该技术在含水层具有极大的适用性。地温监测显示含水层渗透系数越大,其温度场温升速率越低,表明换热系统具有更好的换热可持续性。此外,加热功率对金属埋管能效系数影响较大,加热功率为100 W的换热器能效系数较50 W时提升73.08%,表明热激发对流换热效应在高负荷下更为显著。     

水下运动体气泡热尾流浮升过程的理论分析

在具有垂直温度梯度和微小气泡的海水中,建立了水下运动体气泡热尾流的连续方程、动量方程和热平衡方程,获得了气泡热尾流的浮升规律和扩展规律。结果表明：从17m深处到海面。气泡热尾流的浮升速度、浮升高度、浮升角度、温度扩展半径和轴线温度受气泡大小的影响比较显著;但从30m深处到海面,气泡热尾流的速度扩展半径和轴线速度几乎不受气泡大小的影响。