單井回灌地源熱泵地下流動與傳熱模型研究.pdf

1、單井回灌地源熱泵的地下?lián)Q熱是一個涉及多孔介質(zhì)流動與傳熱的復雜問題，也是單井回灌地源熱泵應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此在理論分析、解析求解、數(shù)值計算及實驗驗證等方面對其進行了較為深入的研究。 詳細分析了單井回灌地熱換熱器的流動與傳熱過程，在空間上將地下流動與傳熱分為井內(nèi)與井外兩部分，并建立了井內(nèi)、井外流動與傳熱的數(shù)學模型。通過拉普拉斯和有限傅立葉雙重積分變換的方法求得了單井回灌地源熱泵在承壓含水層中滲流的解析解，并采用解析解與數(shù)值模擬

2、相結(jié)合的理論研究方法對其流動與傳熱及其水力特性等進行了分析。 針對滲流與傳熱涉及的區(qū)域不同，通過分別確定井外滲流和傳熱數(shù)值計算的區(qū)域，合理地進行了網(wǎng)格劃分以適應(yīng)計算區(qū)域的變化，并確定了更符合實際情況的定解條件。運用有限容積法(FVM)，建立了井內(nèi)、外流動與傳熱問題的數(shù)值求解模型。在此基礎(chǔ)上歸納了一套用于求解單井回灌地熱換熱器井內(nèi)、外滲流和傳熱問題的半隱式數(shù)值算法，用Fortran95的freeformat格式編寫了計算程序。通過

3、該程序模擬了井外含水層為多層分布時的滲流。分析了巖土導熱系數(shù)、含水層滲透率，井深等一些重要參數(shù)對系統(tǒng)傳熱性能的影響。此外對“裸管”式地熱換熱器進行了校核計算。 利用自主開發(fā)的地熱換熱器現(xiàn)場測試儀，對單U、雙U和“裸管”式三種地熱換熱器進行了現(xiàn)場測試研究。根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算了相應(yīng)的地下巖土導熱系數(shù)及三種形式鉆孔的熱阻。對上述三種地熱換熱器的傳熱性能進行了比較分析。 研究結(jié)果表明：熱傳導和熱對流是單井回灌地源熱泵的地下?lián)Q熱的主