地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究

地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义。通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化。结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现大量冷堆积现象,影响供暖温度。依据本结果,结合场地条件,针对冷堆积现象采用太阳能辅助热源系统进行系统强化设计,并模拟研究强化后的地温场多年变化趋势,结果表明太阳能辅助热源系统可以有效提高供暖温度。     

岩土热导率测量和温度影响研究

利用QTM-D2常温导热系数测定仪测定了典型砂、黏土、岩石的导热特性,探讨了室内外试验、试样饱和程度对测量结果影响,通过试验结果和数值模拟研究了不同试样导热系数的尺寸差异,为现场岩土材料导热系数的测定提出了可行的解决方案。热线法测量时,试件尺寸影响范围不大,不同几何尺寸边界的测量结果很接近。根据国内外对导热系数的温度影响问题的研究实际,通过大量的实测数据和数值理论计算,总结了常温条件范围内各类岩土材料导热系数与温度之间的经验关系以及它们的温度变异影响系数β。各类岩土材料的β值普遍较小,大多在10-3的数量级上,导热系数与温度关系曲线近线性。该系数和这些经验公式的导出对中国北方地区岩土材料导热性能的理解及温度场模拟工作均具重要意义。     

增强型地热系统结合热泵供暖系统研究

针对寒冷地区采用地源热泵供暖造成土壤冷负荷堆积的问题,文章提出一种增强型地热系统结合热泵的新型供暖系统作为解决方案。首先,介绍了该系统的组成及运行原理;然后,基于沈阳某场地的地质资料建立模型,进行水力压裂及产能分析,探讨了该系统各项指标的变化情况;最后,与传统地源热泵和太阳能-地源热泵进行了经济对比。结果表明:该系统可解决土壤冷负荷堆积问题,且可保持恒定供热量;投资回报年限较短;可节省大量空间和土地面积。     

考虑多级流速下的岩石粗糙单裂隙渗流传热特性试验研究

为系统研究增强型地热系统深部干热岩裂隙表面特征和热工质间的对流换热情况,基于N.Barton的JRC经典剖面和先进的3D打印技术,通过在岩样裂隙表面有规律地设置不同方向的粗糙度,以蒸馏水为热工质,考虑流体热物性变化,在人工岩样裂隙中进行多级流速下的对流换热试验。结果表明:低水平围压下,岩石单裂隙渗流特性呈线性演化规律,渗透压力与流速、温度呈正相关,与岩样粗糙度呈负相关;粗糙岩样中围压一定时,温度场和流场的耦合作用对流体出口温度影响较大;短边粗糙度相同时,长边粗糙度的增大会强化换热,且不同方向粗糙度主导的相邻岩样换热系数差及幅值比不一样;裂隙表面粗糙度大小对换热效果影响较大,此外,粗糙度的方向性通过控制渗流路径和有效换热面积来改变换热强度,说明粗糙度大小及各向异性在岩石渗流传热中是不可忽略的因素。