深层地热水供热回灌井布置方式及取热层热突破机理研究
发布时间：2020-08-15 10:55
【摘要】：中深层地热水供热系统是一种新兴的可再生资源供热技术,准确分析供回水井周围中深层地热水系统取热层中的速度场和温度场扰动对供回水井能量的有效利用具有重要影响。在深入分析含水中深层地热水系统取热层导热机理基础上,提出了模型假设及限定条件,建立了地热水系统导热数学模型,即水热耦合模型。分析了渗速度场与温度场关系。提出并计算了影响中深层地热水供热工作效率的热突破参数。分析总结了地下渗速度场对热突破的影响规律。分析了水文地质参数、抽水井和回灌井之间的距离、热负荷、天然水力坡度等因素对热突破的影响。结果表明,在水文地质参数中,渗流速度对于热突破现象影响很小,但随着岩土密实度和中深层地热水系统取热层厚度的减小,热突破现象逐渐恶化。确定了地下中深层地热水供热抽灌井间的水平距离和布置方式。基于理论研究成果对热突破发生时间进行了分析求解。抽水井和回灌井之间的距离大,能够抑制热突破现象;大的抽地下热水位移量和大的抽水井和回灌井温度变化会加快热突破进程,加大热突破影响。研究结果表明:抽灌抽水井和回灌井之间的距离一般宜控制在60m～200m;考虑到抽灌过程的轮换运行,不宜将抽灌井布置在与水力坡度平行的方向上。研究分析了不同置井方式与周期对中深层地热水供热系统的影响。从回灌井布置方式、抽灌井温度变化、热突破程度等方面探讨了对取热井(群)和回灌井(群)中深层地热水系统取热层温度场的扰动和影响,提出了以抽灌井间温度和热突破特性作为中深层地热水供热系统运行可靠性的主要评价指标。指导设计了中深层地热水供热工程适宜的抽灌井布置形式和地热水系统运行方式,并对建立的理论模型进行了初步验证。结果表明,所建立的水热耦合模型能够描述中深层地热水及温度场基本特征。上述研究成果,对既有工程优化和新建工程设计施工具有指导意义。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU995;P314
【图文】：
及其周围进行网格密集划分，向外逐渐稀疏。水平方向进行横向划分６０７个节点单位，逡逑垂直方向进行划分５３２个节点单位，纵深方向剖分５８个节点单位，整个模拟区共计剖分逡逑１８７２９５９２个节点，完全满足精度要求，如图３．１所示。制定模拟运行时间为１２０天（假设逡逑供热期共４个月，供热期内全天运行不间断运行），时间步长为６０ｍｉｎ。逡逑ｋ逡逑图３．１网格的划分逡逑３．２．２中深层地下水模型的边界条件与初始条件逡逑关于３．１节讨论的公式和计算机构建的模型，考虑到压力恒定（定ｐ），所以温度Ｔ的逡逑边界情况就是四个边壁的边界定性条件。同时不考虑地上空间的降雨和降雪等天气原因逡逑作用对地下热水的干扰影响。因为上壁面和下壁面为不透水的边界，所以把上壁面和下逡逑壁面考虑成温度恒定、阻挡地下热水的边界。众所周知，液体水的定压比热容（Ｃｐ）是逡逑４１８７Ｊ／（／？３＊°Ｃ），导热系数为０．５９６＾／（ｗ°Ｃ），动力粘度为０．００２凡以，中深层地热水逡逑层的其他水文地质参数如表３．１所示。逡逑假设本构架的起始设定要求是：取热井的单位流量为８５邋ｍ３Ｍ，加压回流井的单位流逡逑量也为８５ｍ３／Ａ。取水温度就是中深层地热水含水层初始温度，由工程项目可知，温度逡逑设定是５３°Ｃ。逡逑１７逡逑
（２）岩土密实度对热突破的产生影响逡逑深层岩土层的岩土密实度的取值标准范围为０．２－０．５，另外保持别的水文地质参数不逡逑发生扰动，取深层岩土层的岩土密实度分别为０．２、０．３５和０．５展开运行研究。如图３．３逡逑所示，岩在中深层地热水系统的运行周期里岩土密实度的减小会引起取热井温度的升高。逡逑当岩土密实度为０．５时，中深层地热水系统取热层取热温度稳定值为５１．４°Ｃ，当岩土密逡逑实度为０．２时，中深层地热水系统取热层的取热温度稳定值为５０．５°Ｃ。由第二章的公式（２．９）逡逑得到单位体积下的中深层地热水系统取热层定压比热容（Ｃｐ）为逡逑ｎｐｃｆ邋＋邋（ｌ－ｎ）ｐｍｃｍ逦（３．１０）逡逑地下热水密度与地下热水比热容相乘的结果一定会大于中深层地热水取热层岩土的逡逑构架密度和深层岩石土壤颗粒比热容相乘的结果，所以我们可以发现岩土密实度减小，逡逑单位体积中深层地热水取热层的等效比热容也随之减小，从而在某一时间段内的中深层逡逑地热水系统取热层温度衰减加快，取热温度增大的速度也随之增快。我们还能从量纲分逡逑１９逡逑
！逦…－：－：－一：：参透速z＃担担撸桑缅义咸焐猓溴义贤迹常膊煌魉俣认氯∪任露鹊娜哦煎义媳恚常膊煌魉俣鹊闹猩畈愕厝人低橙∪炔阒猩畈愕厝人沽ξ榷ㄖ靛义仙魉俣儒危埃玻澹保板危埃担澹保板危埃福澹保板义现猩畈愕厝人沽ψ罡咧担礤危保梗跺危保玻插危埃瑰义现猩畈愕厝人沽ψ畹椭担礤危玻担福稿危保担跺危保保卞义现猩畈愕厝人沽θ哦礤危矗担矗稿危玻罚稿危玻埃卞义希ǎ玻┭彝撩苁刀榷匀韧黄频牟跋戾义仙畈阊彝敛愕难彝撩苁刀鹊娜≈当曜挤段埃玻埃担硗獗３直鸬乃牡刂什问诲义戏⑸哦∩畈阊彝敛愕难彝撩苁刀确直鹞埃病ⅲ埃常岛停埃嫡箍诵醒芯俊Ｈ缤迹常冲义纤荆以谥猩畈愕厝人低车脑诵兄芷诶镅彝撩苁刀鹊募跣』嵋鹑∪染露鹊纳摺ｅ义系毖彝撩苁刀任埃凳保猩畈愕厝人低橙∪炔闳∪任露任榷ㄖ滴担保
本文编号：2794015
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU995;P314
【图文】：
及其周围进行网格密集划分，向外逐渐稀疏。水平方向进行横向划分６０７个节点单位，逡逑垂直方向进行划分５３２个节点单位，纵深方向剖分５８个节点单位，整个模拟区共计剖分逡逑１８７２９５９２个节点，完全满足精度要求，如图３．１所示。制定模拟运行时间为１２０天（假设逡逑供热期共４个月，供热期内全天运行不间断运行），时间步长为６０ｍｉｎ。逡逑ｋ逡逑图３．１网格的划分逡逑３．２．２中深层地下水模型的边界条件与初始条件逡逑关于３．１节讨论的公式和计算机构建的模型，考虑到压力恒定（定ｐ），所以温度Ｔ的逡逑边界情况就是四个边壁的边界定性条件。同时不考虑地上空间的降雨和降雪等天气原因逡逑作用对地下热水的干扰影响。因为上壁面和下壁面为不透水的边界，所以把上壁面和下逡逑壁面考虑成温度恒定、阻挡地下热水的边界。众所周知，液体水的定压比热容（Ｃｐ）是逡逑４１８７Ｊ／（／？３＊°Ｃ），导热系数为０．５９６＾／（ｗ°Ｃ），动力粘度为０．００２凡以，中深层地热水逡逑层的其他水文地质参数如表３．１所示。逡逑假设本构架的起始设定要求是：取热井的单位流量为８５邋ｍ３Ｍ，加压回流井的单位流逡逑量也为８５ｍ３／Ａ。取水温度就是中深层地热水含水层初始温度，由工程项目可知，温度逡逑设定是５３°Ｃ。逡逑１７逡逑
（２）岩土密实度对热突破的产生影响逡逑深层岩土层的岩土密实度的取值标准范围为０．２－０．５，另外保持别的水文地质参数不逡逑发生扰动，取深层岩土层的岩土密实度分别为０．２、０．３５和０．５展开运行研究。如图３．３逡逑所示，岩在中深层地热水系统的运行周期里岩土密实度的减小会引起取热井温度的升高。逡逑当岩土密实度为０．５时，中深层地热水系统取热层取热温度稳定值为５１．４°Ｃ，当岩土密逡逑实度为０．２时，中深层地热水系统取热层的取热温度稳定值为５０．５°Ｃ。由第二章的公式（２．９）逡逑得到单位体积下的中深层地热水系统取热层定压比热容（Ｃｐ）为逡逑ｎｐｃｆ邋＋邋（ｌ－ｎ）ｐｍｃｍ逦（３．１０）逡逑地下热水密度与地下热水比热容相乘的结果一定会大于中深层地热水取热层岩土的逡逑构架密度和深层岩石土壤颗粒比热容相乘的结果，所以我们可以发现岩土密实度减小，逡逑单位体积中深层地热水取热层的等效比热容也随之减小，从而在某一时间段内的中深层逡逑地热水系统取热层温度衰减加快，取热温度增大的速度也随之增快。我们还能从量纲分逡逑１９逡逑
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