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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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利用北京市35个现场换热孔岩土热响应试验数据,分析了地质条件和埋管形式对地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明地质条件对地埋管换热性能具有显著影响:地层初始平均温度每变化1℃,换热能力相差8%左右;基岩地层的地埋管换热能力平均比松散层高35%;换热孔处地下水流速从0.14 m/d增至0.91 m/d, Pe值从18增加至113,由于热对流换热作用加强,延米换热量提升13%。在相同地质条件下,套管式换热器冬季延米取热量比双U型换热器高约40%;换热深度从150 m增加至300 m时,双U型和套管式换热器延米取热量均略有升高。 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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套管式地埋管换热器是深层地源热泵系统常用的换热装置。基于流体流动换热方程，建立套管式地埋管换热器与周围岩体之间的传热模型。以第一个供暖季为例，分析内管导热系数和循环水流量对换热性能的影响，并引入换热器效能对热短路现象进行评估，研究结果显示:内管导热系数越大，热短路现象越显著；热短路使内外管中循环水温差降低，管内出现热堆积，导致换热器换热功率降低；套管式地埋管换热器的换热功率随循环水流量的增大逐渐增大；内外管之间存在热短路时，出口水温随循环水流量的增大先升高后降低，随着流量增大，换热器效能增大。研究成果可为深层地源热泵系统中地埋管换热器的设计提供借鉴。 相似文献
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为了研究影响地埋管周围土壤冻结的因素,文章建立了模拟严寒地区热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置。实验研究了进口流体温度、土壤体积含水率和土壤初始温度对地埋管周围土壤冻结的影响。结果表明:进口流体温度变化改善了埋管周围的温度场,有利于埋管换热器换热;随着土壤初始温度升高,减小了土壤物性参数的变化,增加了地埋管换热器的换热量;土壤体积含水率的增加,强化了周围土壤与地埋管换热器的换热作用,有利于提高地埋管的出口流体温度和取热值。 相似文献
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中深层地热井下同轴换热器具有取热量大、出口水温高的特点,近年来受到供热行业的高度关注。目前的研究主要是对单个供热周期内的中深层地热井下同轴换热器的换热性能进行分析,缺乏对其长期换热性能的相关研究。本文根据中深层地热井下同轴换热器供暖季供热、非供暖季停歇运行的特点,基于能量守恒方程建立换热器的数值换热模型,并采用有限体积法对模型进行离散,通过Matlab平台数值分析其在长期运行过程中换热性能的变化规律。结果表明:换热器的换热性能随着运行年份逐渐下降,且下降程度逐年减小,最终达到准稳态。其中,次年平均换热量的下降比例最大,且换热器埋深越大,换热量的下降比例越小。埋深为2 000、2 500、3 000 m换热器的次年平均换热量的下降比例依次为4.00%,3.78%和3.56%,第30年的平均换热量较第1年分别下降13.7%、13.1%、12.4%。岩体温度逐年下降,其受干扰半径逐年增加。在30 a运行期间,埋深2 000 m的换热器在每年供热季结束时的岩体温度受干扰半径从13 m增加至105 m。此外,换热器深度越大,其周围岩体温度受干扰半径越大。本研究结果阐明了中深层地热井下同轴换热器在长期取热过程中换热性能的变化规律,对换热器长期取热的设计具有指导意义。 相似文献
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竖直埋管地源热泵技术 总被引：3，自引：1，他引：3
竖直埋管地源热泵技术的重点和核心是地下埋管换热器。地下埋管换热器的设计包括：换热器形式和回路形式的选择，地下换热器尺寸设计，水平间距及热短路，管材的选用和换热能力等。地下埋管换热器的施工主要包括：钻孔，下管，注浆、回填和换热器的安装。 相似文献
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基于叠加原理,提出了一种新的地埋管换热器钻孔长度计算方法,新方法考虑了地埋管换热器各钻孔地下换热热干扰的影响,以流体平均温度的作为计算参考温度。研究结果表明,由于受到热干扰的影响,地埋管换热器钻孔计算长度比不考虑热干扰情形要大;与传统"最不利钻孔法"相比,"流体平均温度法"计算的钻孔长度要小,且钻孔间距越小,钻孔长度相差越大。新方法能降低地埋管地源热泵项目钻孔成本,有助于地埋管地源热泵技术的规模化推广和应用。 相似文献
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近年来，水平式地埋管换热器尤其是路面下水平式地埋管换热器逐步受到国内外学者关注。路面下水平式地埋管换热器利用道路路基施工便利进行安装，可有效节约地埋管换热器前期安装中的钻孔或开挖沟槽费用，且公路作为城镇基础设施，仅中国每年新增公路里程就达100 000 km以上，因此该方案应用潜力较大。为了探究路面下水平地埋管换热器的热扩散半径以及气温对其换热能力的影响，本文采用GeoCube热响应试验测试仪，对路面下埋深0.5 m的水平串联式地埋管换热器进行了两次加热功率分别为4 kW和6 kW的现场常规热响应试验，并基于4 kW热响应试验参数利用COMSOL软件建立了路面下水平串联式地埋管换热器3D数值模型。研究结果表明:气温波动对路面下地埋管换热器换热能力有显著不利影响。在热响应试验中，该影响会随着加热功率的增大而减小。路面下水平串联式地埋管换热器热扩散半径确定为小于0.75 m，建议地埋管安装间距大于1.5 m以防止热干扰。所建数值模型模拟精度良好，可用于路面下水平串联式地埋管换热器换热过程模拟。 相似文献
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U形垂直埋管换热器换热性能试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在地源热泵系统中,埋管换热器的换热性能与很多因素有关.本文通过地源热泵试验台,参照国外地下埋管换热器岩土温度场的求解方法,采用线热源理论及热阻原理,将U形垂直埋管换热器等效转化为单管换热器,对相关影响因素进行了分析与实验研究.实验结果表明,循环流体的流速对换热器换热效果影响较大,流速维持在2.5m 3/h左右内比较合理,管道材料的热物性对换热影响不大,但在回填材料中加入砂砾可以显著提高换热量,在北方寒冷地区应尽量避免系统的长时间连续运行. 相似文献
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岩土体不仅决定地温场的展布形态,而且也是浅层地温能资源评价和工程设计的关键因素,掌握区域岩土体的热物性及换热性能,是保障热泵高效稳定运行的关键。根据北京地区在施地源热泵工程对现场换热能力测试结果,系统地研究了地层结构及岩性、水文地质条件、回填材料等因素对综合热导率的影响。研究结果表明:在相同条件下选择适当回填材料有利于提高系统换热性能,膨润土和水泥基作为回填材料,比中细砂作为回填材料的换热性能分别提高了17.6%和19.7%;岩土体和地下水是热能赋存和传播的物质基础,地下水与地层结构决定着地温场分布形态和换热效率,地埋管换热器的换热能力与土壤颗粒、地下水位、地下水渗流存在直接关系,土壤颗粒越大,地下水位埋深越浅,渗流越快,对地埋管换热器换热能力具有明显的强化作用。 相似文献
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地下换热器是地源热泵系统的技术关键,地下换热器换热能力的大小直接影响地源热泵系统的效能,而换热孔灌浆材料导热性能的优良决定着换热器的换热效果。本文在线源理论和热阻网络分析法的基础上建立了钻孔内部换热的传热模型,并在该模型的基础上,研制了一套实验装置,模拟现场条件进行灌浆材料导热性能的实验研究。实验结果表明:水泥基灌浆材料较膨润土基灌浆材料具有更高的热传导系数,且热传导系数都具有随石英砂含量增大而增大的趋势;对水泥基灌浆材料,热传导系数随砂灰比和水灰比的变化而变化。 相似文献
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增强型地热系统(EGS)中高温岩石与流体之间的对流换热特征一直以来是干热岩(HDR)研究的重要基础内容。岩石导热热阻对裂隙对流换热特征具有重要影响。为研究其具体影响,综合运用理论解析与数值模拟2种研究方法,通过对解析解讨论以及建立数值模型,研究两平行光滑平板之间的换热规律。结果表明：流体速度、传热边界层充分发展时,局部努塞尔特准数Nux为定值,与其他因素无关;局部对流换热系数hx仅与流体热导率k和裂隙开度e有关,与其他因素无关。上下平板壁面热流恒定时,Nux为8.235;温度恒定时,Nux为7.54。然后建立多组导热热阻不同的岩石裂隙对流换热数值模型,发现岩石导热热阻增大,温度场进口段延长,对流换热系数h增大。岩石长度显著影响进口段占比,进而影响h的大小。h随着长度增大而减小;当岩石长度足够长时,进口段占比足够小,此时除k与e之外的参数对h基本没影响。并且发现实验室常用岩石长度为100 mm,而典型EGS工程中裂隙长度是米级的,建议室内实验重视岩石长度对裂隙对流换热特征的影响。 相似文献
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《华北地质》2017,(1)
通过对天津市浅层地热能地质环境动态监测系统获得的地埋管换热器周围温度场动态变化数据的归纳分析,得出以下结论:大部分地源热泵工程能满足建筑供暖制冷需求,地埋管换热器周围土壤在运行一个制冷供暖周期后能恢复到原始地温,不会对地质环境产生影响;一小部分地源热泵不能满足建筑制冷供暖需求,地埋管出水温度不能达到设计要求,换热器周围土壤温度出现持续的升高,在下一个制冷供暖周期不能恢复到原始地温,存在热堆积问题。在分析存在问题的基础上,提出以下可行解决方法:增加换热孔间距、调整换热孔群布置方式、地埋管与抽水井耦合开发利用、复合式供暖制冷系统以及深浅间隔布置的换热孔设计方式。 相似文献
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依托中国地质调查局地质调查工作项目全国地热资源调查评价子项目合肥市浅层地温能调查评价,对合肥市浅层地温能进行初步评价,结果显示合肥市地质结构以及地质环境条件较为简单,除局部突起的裸露基岩外其他地区均适宜于地埋管换热;合肥地处新生代“红层”盆地区,地下水资源贫乏,浅层地温能的开发不适宜选择地下水换热。合肥市区均适宜选择地埋管换热方式,综合效率较适宜的埋置深度为100~150 m,口径130 mm左右,地埋管的间距4~5m为宜。 相似文献
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为研究煤内自然对流流动和换热的实质,在重力场中由高温壁面对煤内自然对流的驱动力进行了进一步分析。以高温壁面煤内自然对流为研究对象,采用整场求解法分析了高温壁面内煤的温度场和流场随Rayleigh数的变化。数值研究结果表明:强化传热时宜使高密度流体在上部,低密度流体在下部;削弱传热时宜使低密度流体在上部,高密度流体在下部;随着Ra增加,煤内对流增强且对流强度分布愈来愈不均匀;高温热源的不均匀性是影响对流形成的主要因素之一;当Ra很小时,当煤内对流作用较弱时,热的传输主要依靠传导作用,随着Ra数逐渐增大,对流作用增强,它成为热传输的主要动力。这为煤自然对流传热控制提供了一定的理论依据。 相似文献
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胶东半岛是中国东部沿海地区中低温对流型地热资源赋存最丰富的地区之一,通过地热流体水化学特征分析可以了解其水化学及补径排特征、热储温度、地热流体循环深度及可更新能力等。本文通过胶东地区15处天然温泉地热流体及其附近基岩水体、第四系水体的常规水质分析、氘氧同位素、地热流体γNa/γCl、γSO4/γCl比值及管道模型和断层带模型计算流体循环深度等方法,得知胶东地区地热流体水化学类型主要以Cl- Na、Cl- Na·Ca型水、HCO3·SO4- Na、SO4·HCO3- Na型水为主,矿化度0. 45～7. 68g/L,pH 7. 3～8. 63。地热流体主要来源于大气降雨入渗补给,且与地热田周边的浅部地下水体无水力联系,均为深循环径流补给的地热流体,循环深度主要分布在1. 5～10km之间,属中深循环地热流体。研究区地热流体均未达到水岩平衡状态,对于地热流体γNa/γCl、γSO4/γCl比值普遍较大的地热田,其对应的地热流体循环深度相对较浅,表明地热流体水动力环境封闭性差,可更新能力强,地热流体处于不断的补给- 径流- 排泄的过程,部分地热田γNa/γCl、γSO4/γCl比值接近海水,是由于地热流体循环深度深、时间长,地热流体进行了大量的脱碳酸作用。本文对胶东地区中低温对流型地热流体的水化学特征分析将有助于增强人们对该类型地热资源形成机理的认识。 相似文献