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为研究改变地下径流条件时对U型地埋管换热器周围温度场恢复的影响,对北京某区实验基地U型地埋管进行夏季换热实验。通过抽水实验改变地下径流条件,取得了地源热泵系统的运行参数以及周边温度场变化趋势,通过COMSOL软件模拟三维U型地埋管在多场耦合作用下的换热过程,改变径流条件得到了换热孔周围0.5 m、1 m地温场恢复曲线,得到U形管口出口温度等。地下水径流能引起地埋管周围温度场的变形,地埋管周围温度场的迁移变化方向同地下径流速度场方向一致。对比实验值得出:运行稳定后地埋管的出口温度模拟值与实际值工况接近,地埋管在10 m、120 m处的温度模拟值与实验值吻合好,地埋管深5 m、48 m、89 m处周围0.5 m、1m的温度恢复比原始地温高1℃左右,与实际监测结果相同,证明了数值模拟的正确性。在此基础上预测了加大径流条件下的地温场恢复情况,并分析了原因。此三维模型可研究不同土壤分层构造、地下水不同流速、人为改变地下流场条等复杂三维多场耦合问题,可初步预测实际工程中,换热群井运行过程中地下温度场的变化。为进一步研究土壤分层和地下水分层流动下,地埋管群井周围温度场变化奠定了基础。 相似文献
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针对中深部（1 500~4 000 m）地热资源深井同轴“保水取热”科学评价问题,以COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值计算软件为模拟平台,构建垂直单井岩-水耦合传热模型,以西安地区地层与地温特征为模拟背景,计算分析2种地温梯度（0.027、0.030℃/m）与4种注水口流速（0.25、0.50、0.75、1.00 m/s）工况下深层（3 500 m）地热单井套管换热能力。同时,建立5种井间距下的群井数值模型,分析不同井间距下群井中心井的出口温度变化规律。模拟结果显示:地温梯度越大,进出口温差越大,单位时间换热量与单位延米换热量越大;入口注水流速越大,进出口温差越小,但单位时间换热量与单位延米换热量越大,即地温梯度、流速越大,深层垂直钻孔套管换热的效率越高;西安地区3 500 m井深工况下,相邻地热井的间距为30 m时能够保证其地层温度不会相互干扰。研究结论可为深层地热开发利用提供科学参考。移动阅读 相似文献
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针对泰安市城区地源热泵地埋管换热器工程,通过合理选择测试参数,采用数值模型方法,测得岩土体初始温度为15.74℃,综合导热系数为2.944 W/(m·℃),综合体积热容为2.25 MJ/(m3·℃),钻孔总热阻为0.0674 m·℃/W;将空调负荷需求与岩土体综合热物性参数输入数值计算模型,经过逐时计算,得到二十年、十年模拟周期不同换热孔数的长期温度响应与耗能数据,结合投资预算,分别得到最优化的钻孔数量240个、170-180个;推荐系统安装完成后,夏季首先运行,以提高地源换热器岩土体的平均初始地温。 相似文献
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以安徽祁南矿东风井冻结法凿井为工程背景,以多圈管冻结的不同土性表土层为研究对象,基于冻结孔实际成孔位置,应用有限元软件COMSOL Multiphysics分别建立埋深218 m钙质黏土层位、埋深225 m细砂层位和埋深259 m砂质黏土层位3个不同土性、不同埋深的冻结温度场数值计算模型,并结合现场实测数据,分层计算分析了其冻结壁温度场时空演化规律,结果表明:在相同冻结条件下,埋深225 m细砂层位冻结壁有效平均温度比埋深259 m砂质黏土层位和埋深218 m钙质黏土层位分别低0.09~0.72℃和0.44~1.95℃,埋深225 m细砂层位平均有效厚度比埋深259 m砂质黏土层位和埋深218 m钙质黏土层位分别厚0.17~0.38 m和0.29~0.47 m;现场实测与数值计算均表明,各个层位冻结壁开挖时,其平均温度均低于–15℃,有效厚度均大于6.2 m,200 m以下深部表土层井帮温度低于–4℃,满足施工要求,冻结壁强度和稳定性均处于安全状态;冻结孔沿径向将冻结温度场划分为3个区域(A区、B区、C区),B区在冻结孔冷量叠加的影响下降温速度最快,A区降温速度适中,C区距离冻结管较远,且外部土体源源不断向其输入热源,降温速度最慢。该研究可为冻结法凿井中冻结壁的施工提供一定的理论参考。 相似文献
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《岩土力学》2017,(2):333-340
预埋钢管能量桩是一种新型桩埋管形式的地源热泵技术,然而,针对其特殊埋管形式下传热特性的研究却相对较少。针对预埋钢管单U型埋管能量桩的传热管-钢管-混凝土-桩周土的传热特性开展模型试验和数值模拟研究,测得在热-冷循环温度荷载作用下预埋钢管单U型埋管能量桩桩体及桩周土体的温度变化规律;为了对比分析,同时开展了传统绑扎单U型埋管能量桩的传热特性模型试验,并分析了预埋钢管能量桩的适用性。研究结果表明,预埋钢管能量桩的传热性能略低于绑扎埋管能量桩的传热性能;夏季工况两种埋管形式能量桩桩体温度和桩周土体温度最终变化量分别相差23%和16%左右;冬季工况该数值约为14%和18%左右。 相似文献
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现用于浅层地能热量输运的地下传热模型忽略了地下水迁移对传热的影响。依据TOUGHRE-ACT模拟程序中质量与能量守恒原理,建立了多相流热渗耦合条件下地下热能输运数学模型。在此基础上建立了换热井群模型,模拟了导热及渗流作用下换热井群夏季制冷工况的瞬态温度场。模拟结果显示,地下水渗流流速及方向对热量传输影响较大。渗流流速为0.1 m/s时,温度场的瞬态特征显著;渗流流速达到0.5 m/s以上时,温度场的瞬态特征逐渐消失。渗流流速的方向性使换热井群温度场分布也呈现出显著的方向性,在布置换热井群时应在平行地下水渗流方向上增加井间距,而在垂直于地下水渗流方向上减小井间距。2种传热作用相比:在导热作用下换热井群产生热堆积,温度场整场接近饱和;在渗流作用下各换热井的能效系数在20 d后基本处于稳定状态。 相似文献
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塔里木盆地中央隆起是我国的大型油气聚集带。本文借助9口钻井的系统测温数据和86口钻井的试油温度数据，系统研究了该区的0~6000 m地温梯度、大地热流、超深层温度（6000~8000 m和奥陶系—寒武〖JP2〗系烃源岩底界面）分布特征。中央隆起区0~6000 m现今地温梯度介于14. 1~27. 8 ℃/km，平均值为20. 6 ℃/km；〖JP〗大地热流介于34. 4~60. 6 mW/m2，平均值为46. 7 mW/m2；6000 m埋深处温度介于98. 1~180. 2℃，平均值为137. 4℃；7000 m埋深处温度介于107. 4~198. 9℃，平均值为150. 0℃；8000 m埋深处温度介于117. 4~217. 5℃，平均值为162℃，受基底起伏、岩石热物性和构造作用等影响，整体上均具有由西北向东南逐渐增大的趋势。奥陶系—寒武系烃源岩底界面温度介于81. 6~228. 2℃和91. 0~248. 6℃，受到埋藏深度的影响，表现出巴楚凸起温度最低，塔中凸起温度次之，古城低凸起温度最高的特征，一定程度上影响油气的性质和保存。本研究不仅明确了中央隆起超深层温度场分布特征，而且为今后超深层油气勘探提供重要依据。 相似文献
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中深层同轴地埋管地热供热技术在我国北方城镇供热领域兴起并广泛应用。陕北地区地热资源丰富,但地温梯度略低且岩土热物性参数特性不同,地质参数影响中深层同轴地埋管的取热性能。采用OpenGeoSys开源数值模拟平台建立三维中深层同轴地埋管耦合地层传热计算模型,并基于陕北地区典型地质参数,研究不同设计参数对中深层同轴地埋管取热性能的影响及全生命周期技术经济性,优选出地热工程最佳工艺参数。结果表明,中深层同轴地埋管的外管径与埋深增大均能提升取热能力。相较于外管径,埋深对取热能力的提升效果更为显著,埋深从2 500 m增加到3 500 m,取热量增加了77.3%。依据工程实践,当外管外径×厚度大于177.80 mm×9.19 mm时所对应的平均能源成本因其钻井成本陡增而增大。在给定工况参数下,推荐中深层同轴地埋管的最佳外管外径×厚度为177.80 mm×9.19 mm,埋深为3 200 m,此时平均能源成本为0.524元/(kW·h),经济效益最优。 相似文献
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为研究地埋管换热区地温垂向深度及平面展布特征,在室外分别布设了U型垂直地埋管和深度不等的观测孔,在典型深度安装了地温传感器,利用2期采暖及间歇期地温数据分析了地层背景温度、换热区及观测区地温变化。垂向上,在地埋管换热区内,恒温带以上地温受气温与埋管换热的综合影响;变温带地层各深度地温降幅与埋深呈正相关,最大换热深度120 m处降幅达5℃,原始地温是不同岩性地层温度降幅中较之岩土导热性及赋水性更为重要的影响因素。平面上,距地埋管5 m内的地温经取热后呈不同程度的降低,埋管换热监测区温降幅度约0.6℃,最大降幅并不固定于某一深度;距埋管距离越小,地温开始降低的时间越早,降低程度越大,且越难以恢复。 相似文献
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为了研究水热型融雪化冰路面结构中金属导热管合理布设间距, 建立了基于传热学理论的路面融雪化冰有限元分析模型, 对不同外界气温、 不同埋设间距工况下金属热管融雪化冰能力进行计算分析. 结果表明: 外界气温在0~-10 ℃之间时, 热管融雪效果明显. 气温低于-10 ℃时, 热管尽量埋设至路面中部; 热管最优间距为100~200 mm, 当热管间距>200 mm时, 即使管内水温高达40 ℃, 0 ℃ 等温线将不再连续. 相似文献
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青藏高原典型多年冻土区的一维水热过程模拟研究 总被引：2，自引：2，他引：0
了解多年冻土内部的水热过程对寒区工程规划和建设的辅助决策具有重要意义.冻土的水分迁移与温度变化密切相关,然而传统的经验模型局限性大,对水热物理过程考虑不足;陆面过程模型所需的驱动数据多且很难准确模拟深层土温,尽管数值模型在工程上应用的比较多,但很少应用到冻土的演化过程中.基于非饱和土壤渗流和热传导理论,实现了冻土水分场与温度场的水热耦合数值模拟.以唐古拉综合观测场为例,将数值模拟结果与观测数据进行对比,验证水热耦合数值模拟的有效性.结果表明：模型对土壤温度模拟效果较好,15 m以上R2在0.88以上,RMSE在1℃以内;水分模拟尚可,但仍存在一定误差,R2在0.7以上,RMSE在7.65%以内.模拟的活动层厚度约3.6 m,年平均地温所在的深度约为15 m,与实测值基本一致.该水热耦合模型可用于研究多年冻土区土壤水热变化规律. 相似文献
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不同土壤类型与含水率对水平埋管换热性能影响数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
为揭示地源热泵系统水平埋管换热器在不同土壤类型中的换热性能,基于土壤毛管水理论知识,结合数值模拟的研究手段,探讨了蓄能不同类型土体内(砂土、壤土、黏土)三相组成的差异对水平埋管换热器换热特性的影响规律。结果表明,在通入308.15 K制冷工况下,水平管在壤土中的出水温度降低至303.3 K,进出口水温差为4.9 K,埋管单位延米换热量37.1 W/m,水平管在壤土中的制冷换热效益显著;不同土壤(砂土、壤土、黏土)在经历相同制冷周期下,水平管的换热过程对壤土的温度场分布影响最小,管体在壤土中运行时热堆积风险系数最低。研究表明,水平管与土壤的换热性能同时受土壤比热容与土壤导热系数的影响,提高土壤导热系数比提高土壤比热容获得的效益更加显著。可以通过压实回填、减少土壤孔隙率、提高固相回填材料导热系数、加大布管深度以提高回填材料含水率等方法来强化埋管的换热性能。 相似文献
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介绍了郑州市东区深层地热的特征,把深层地热资源划分为三层：埋藏深度320～850 m的第一地热储层,热储岩性为新近系中细砂层,热储平均厚度1553 m。热储温度33°C,地温梯度2.5～3.5°C/100 m。埋藏深度850～1 200m的第二热储层储岩性为新近系细砂、中细砂层,热储总厚度86～187m,热储温度45°... 相似文献
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利用两种热响应测试方式( 恒热流法和恒温法) 进行地埋管地源热泵换热试验,测试该地的土壤热物性参数。在概述了两种浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、特点、测试方法及数据处理方法的基础上,分析比较了两种方法测量的参数,准确地计算出施工现场土壤的热物性参数。两种测试仪测量的热物性参数基本一致,同时热工况或冷工况试验所取得的参数差别不大。在20℃ ～ 30℃排热工况条件下,换热器为120 m 双U 类型时,排热量在25 ～ 60 W/m,在8 ℃取热工况条件下,取热量约30 W/m。热导率约1. 5 W/m·℃,热扩散率约为0. 46 × 10 － 6 m3 /s。 相似文献
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基于Harlan模型和Darcy定律,并考虑温度梯度对水分迁移影响、温度和含水量对水热参数影响以及各种环境气候因素的影响,建立了完全依赖气象资料和水热参数的风积沙土路基冻结过程中水热耦合迁移数学模型,采用全隐式有限差分格式和TDMA迭代法对内蒙古锡林浩特地区沙漠公路207国道K135+000处冻结期间路基水热迁移规律进行了数值模拟.结果表明:该地区道路冻结深度随时间近似线性变化,冻结速度达到2~3 cm·d-1,最大冻深为3 m左右,冻融时间约为180 d;水分迁移主要发生在冻结锋面附近,从未冻区向冻结区迁移,且随着冻结锋面前移,迁移量逐渐增大;整个冻融期间最大冻深底部层位含水量变化较大,路面下0~50 cm范围内温度变化比较剧烈. 相似文献
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鲁北地区于2001年已陆续开始应用热泵技术开发浅层地热能,但区内的浅层地热能资源评价工作却严重滞后,制约了区内浅层地热能资源的开发和合理利用。为促进鲁北地区浅层地热能的开发利用,省政府拿出专项资金,开展了鲁北地区浅层地热能的资源评价工作,前期在调查区域内开发利用现状和摸清地质条件的基础上,采用层次分析法,分别对地下水换热方式和地埋管换热方式进行了开发利用适宜性分区,采用热储体积法对该区的浅层地热容量进行了计算,得出鲁北地区浅层地热容量为29．386×10^15 kJ/℃;并根据适宜性分区结果,分别对地下水式和地埋管式地源热泵适宜区、较适宜区可利用换热量也进行了计算,得出地下水式地源热泵200 m以浅可利用换热量为0．8489×10^10kW·h,地埋管式地源热泵200m以浅可利用换热量为6．5261×10^12kW·h。 相似文献
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热管措施下锥柱式桩基础传热过程及降温效果预测研究 总被引：3，自引：2，他引：1
针对青藏直流联网工程塔基热稳定性问题,建立空气-热管-土体耦合传热数学模型,并利用该模型开展锥柱式基础传热过程及热管冷却降温效果的模拟预测研究. 结果表明：冷季热管工作期间,其周围地温梯度明显较大且呈“纺锤形”分布. 同时,由于锥柱式基础及其底座为热的良导体,热管产生的冷量通过锥柱式基础及其底座快速向基础底部传递,使得基础下部形成大范围低温冻土,这对主要考虑融沉病害的锥柱式基础而言十分有利. 暖季热管停止工作期间,浅层地温主要受环境温度影响,锥柱式基础附近融化深度大于天然地表下,二者差值约35 cm. 通过热管剖面及无热管作用中间剖面地温对比,发现单一塔腿在4根热管措施作用下,锥柱式基础周围多年冻土地温分布较为均匀,可避免冻土地基的显著不均匀沉降变形. 热管周围土体快速降温过程主要集中在前5 a,之后受气候变暖影响桩基础及天然地表以下上限深度不断增加,多年冻土地温缓慢升高. 50 a气温升高2.6 ℃背景下,锥柱式基础下部多年冻土仍保持冻结状态,能够满足青藏直流联网工程对于冻土地基热稳定性要求. 相似文献