單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)CFD模擬研究
發(fā)布時間：2021-04-07 02:26
為了探索循環(huán)單井、抽灌同井和填礫抽灌同井的系統(tǒng)特性,本文利用已驗證的數(shù)值模型,通過改變初始地溫和熱源井抽水流量分析各系統(tǒng)的影響情況,并研究了這3種單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)含水層壓力場變化和抽水流量對填礫抽灌同井含水層溫度等值線運移的影響.結(jié)果表明,提高初始地溫能夠顯著提高熱源井的抽水溫度和累計取熱量,填礫抽灌同井所受影響最大;增大抽水流量使得3種熱源井的抽水溫度降低,換熱量顯著增加;當抽水流量從0.34m3/h增大到0.96m3/h,3種熱源井的累計取熱量分別增加2 725.2、3 569.8和3 606.9kJ;當抽水流量為0.96m3/h時,抽灌同井和填礫抽灌同井的累計取熱量分別為循環(huán)單井的1.5倍和1.7倍.循環(huán)單井的壓力場分布呈現(xiàn)"漏斗形",抽灌同井和填礫抽灌同井的壓力場,均被含水層中心線處的壓力等值線分為上下兩個半"橢圓形".
【文章來源】：應用基礎(chǔ)與工程科學學報. 2019,27(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
抽水流量對3種熱源井抽水溫度及累計取熱量的影響Fig．2Effectofoutletwaterflowonoutletwatertemperatureandaccumulativeheatabsorptionquantitiesofthreethermalwells
降低幅度略大于其他3種工況，說明抽水溫度的變化受抽水流量的影響較大;當流量從0.34m3/h增大到0.96m3/h時，至模擬結(jié)束時，抽灌同井的抽水溫度與砂箱初始溫度相比依次降低了2.9、3.4、3.7、4.0℃，抽水流量增大0.62m3/h，使得抽水溫度降低1.1℃;在填礫抽灌同井中，至模擬結(jié)束時4種工況下的抽水溫度依次降低了1.8、2.5、2.9、3.3℃，抽水流量增大0.62m3/h，使得抽水溫度降低1.5℃．圖3單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)含水層壓力場分布Fig．3Aquiferpressurefielddistributionofsinglewellcyclinggroundheatexchangersystem圖2(d)顯示了抽水流量的變化對3種熱源井累計取熱量的影響．結(jié)合圖2(a)～(c)分析可知，抽水流量變化對單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)的影響較大，抽水流量的增加使得抽水溫度降低，而抽水流量變化對3種熱源井的影響又略有不同．當抽水流量從0.34m3/h增大到0.96m3/h時，循環(huán)單井、抽灌同井和填礫抽灌的累計取熱量分別增加了2725.2、3569.8和3606.9kJ．在抽水流量為0.96m3/h時抽灌同井與填礫抽灌同井的累計取熱量分別為循環(huán)單井的1.5倍和1.7倍．通過抽水流量對單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)抽水溫度與累計取熱量的分析，在模擬剛開始時低溫回水注入熱源井中，循環(huán)單井與抽灌同井的抽水溫度在很短的時間內(nèi)受到影響而快速降低;填礫抽灌同井的抽水溫度并沒有即刻受到影響，而是保持砂箱的初始溫度一段時間，然后緩慢降低，同時降低的幅度也低于另外兩種熱源井．可見，在同等條件下，填礫抽灌同井的換熱量要高于循環(huán)單井和抽灌同井，承擔高峰負荷的能力也強于其他兩種熱源井．3壓力場分析圖3給出了單?
的抽水區(qū)與回水區(qū)分別對應低壓區(qū)與高壓區(qū)．其中，循環(huán)單井回水區(qū)壓力朝抽水區(qū)逐漸降圖4不同抽水流量下填礫抽灌同井含水層溫度等值線的運移Fig．4ThemigrationofaquifertemperaturecontoursatdifferentoutletwaterflowrateofFECSCW低，抽水管內(nèi)的壓力最小，壓力等值線的分布呈現(xiàn)為“漏斗形”，漏斗的頂端位于抽水區(qū)的上頂板;抽灌同井與填礫抽灌同井的壓力場分布規(guī)律基本一致，均以含水層中心線(Y=460mm)處的壓力等值線，把整個壓力場分為上下兩個區(qū)域，高壓區(qū)與低壓區(qū)的等值線均呈現(xiàn)半“橢圓形”，不同之處在于填礫抽灌同井的抽/回水區(qū)的壓力等值線形成了封閉的環(huán)路，而抽灌同井未形成．循環(huán)單井的高低壓差量級為100～101Pa，抽灌同井和填礫抽灌同井的高低壓差量級則為101～102Pa，可見，循環(huán)單井的回灌壓力會略低于其他兩種熱源井．4溫度等值線運移通過初始地溫、抽水流量和壓力場對單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)的換熱影響分析，可以看No．3宋偉等:單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)CFD模擬研究186
本文編號：3122617
【文章來源】：應用基礎(chǔ)與工程科學學報. 2019,27(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
抽水流量對3種熱源井抽水溫度及累計取熱量的影響Fig．2Effectofoutletwaterflowonoutletwatertemperatureandaccumulativeheatabsorptionquantitiesofthreethermalwells
降低幅度略大于其他3種工況，說明抽水溫度的變化受抽水流量的影響較大;當流量從0.34m3/h增大到0.96m3/h時，至模擬結(jié)束時，抽灌同井的抽水溫度與砂箱初始溫度相比依次降低了2.9、3.4、3.7、4.0℃，抽水流量增大0.62m3/h，使得抽水溫度降低1.1℃;在填礫抽灌同井中，至模擬結(jié)束時4種工況下的抽水溫度依次降低了1.8、2.5、2.9、3.3℃，抽水流量增大0.62m3/h，使得抽水溫度降低1.5℃．圖3單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)含水層壓力場分布Fig．3Aquiferpressurefielddistributionofsinglewellcyclinggroundheatexchangersystem圖2(d)顯示了抽水流量的變化對3種熱源井累計取熱量的影響．結(jié)合圖2(a)～(c)分析可知，抽水流量變化對單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)的影響較大，抽水流量的增加使得抽水溫度降低，而抽水流量變化對3種熱源井的影響又略有不同．當抽水流量從0.34m3/h增大到0.96m3/h時，循環(huán)單井、抽灌同井和填礫抽灌的累計取熱量分別增加了2725.2、3569.8和3606.9kJ．在抽水流量為0.96m3/h時抽灌同井與填礫抽灌同井的累計取熱量分別為循環(huán)單井的1.5倍和1.7倍．通過抽水流量對單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)抽水溫度與累計取熱量的分析，在模擬剛開始時低溫回水注入熱源井中，循環(huán)單井與抽灌同井的抽水溫度在很短的時間內(nèi)受到影響而快速降低;填礫抽灌同井的抽水溫度并沒有即刻受到影響，而是保持砂箱的初始溫度一段時間，然后緩慢降低，同時降低的幅度也低于另外兩種熱源井．可見，在同等條件下，填礫抽灌同井的換熱量要高于循環(huán)單井和抽灌同井，承擔高峰負荷的能力也強于其他兩種熱源井．3壓力場分析圖3給出了單?
的抽水區(qū)與回水區(qū)分別對應低壓區(qū)與高壓區(qū)．其中，循環(huán)單井回水區(qū)壓力朝抽水區(qū)逐漸降圖4不同抽水流量下填礫抽灌同井含水層溫度等值線的運移Fig．4ThemigrationofaquifertemperaturecontoursatdifferentoutletwaterflowrateofFECSCW低，抽水管內(nèi)的壓力最小，壓力等值線的分布呈現(xiàn)為“漏斗形”，漏斗的頂端位于抽水區(qū)的上頂板;抽灌同井與填礫抽灌同井的壓力場分布規(guī)律基本一致，均以含水層中心線(Y=460mm)處的壓力等值線，把整個壓力場分為上下兩個區(qū)域，高壓區(qū)與低壓區(qū)的等值線均呈現(xiàn)半“橢圓形”，不同之處在于填礫抽灌同井的抽/回水區(qū)的壓力等值線形成了封閉的環(huán)路，而抽灌同井未形成．循環(huán)單井的高低壓差量級為100～101Pa，抽灌同井和填礫抽灌同井的高低壓差量級則為101～102Pa，可見，循環(huán)單井的回灌壓力會略低于其他兩種熱源井．4溫度等值線運移通過初始地溫、抽水流量和壓力場對單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)的換熱影響分析，可以看No．3宋偉等:單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)CFD模擬研究186
本文編號：3122617
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