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中深层地热井换热特性多因素影响规律研究
1
作者 韩永亮 王凯鹏 +5 位作者 王义杰 苟立 杨延斌 雷燕子 武芳丽 沈浩 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期104-116,共13页
积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学... 积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析。结果表明:采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为14.08%、11.50%,平均误差分别为7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温度下降及恢复等值线在地层交界面处出现了“阶梯式”变化,岩石导热系数较大的地层在地层交界面附近造成的温度扰动距离更远。研究成果可应用于中深层地热井取热换热能力的评估,同时为中深层同轴套管式换热系统的设计提供借鉴。 展开更多
关键词 地热能开发 套管式换热器 分层换热模型 换热性能 影响因素分析 影响半径
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双U型地埋管换热器换热性能试验研究
2
作者 李磊 张卫东 +5 位作者 徐拴海 赵永哲 党东生 汪启龙 苟立 雷燕子 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期125-132,共8页
双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测... 双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。 展开更多
关键词 双U型地埋管 岩土热响应试验 换热性能 浅层地源热泵 管卡间距
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深井充填体传热计算模型及其解析解 被引量：2
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作者 陈柳 雷燕子 +2 位作者 刘浪 姬长发 李全 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期102-107,共6页
深部矿井热害问题日益突出,尤其是采用充填采矿法的深部矿井。为了解决深井充填体的传热计算问题,建立了深井充填体有内热源的一维非稳态的传热模型,内热源为充填体中水泥的水化热。运用格林函数法,对传热方程进行了求解,推导出深井充... 深部矿井热害问题日益突出,尤其是采用充填采矿法的深部矿井。为了解决深井充填体的传热计算问题,建立了深井充填体有内热源的一维非稳态的传热模型,内热源为充填体中水泥的水化热。运用格林函数法,对传热方程进行了求解,推导出深井充填体温度场的解析表达式,解析表达式是初始条件、边界条件及充填体水泥水化热对温度场的影响的叠加。该理论解析表达式反映出充填体的温度分布是位置毕渥数(Bi)和傅里叶数(FO)的函数。推导出深井充填体的工程简化计算式,提供了计算充填体温度场分布和传热量的快速、准确且有效的方法。以某矿的充填体为例,应用本研究提出的深井充填体传热的工程简化式进行了充填体温度场的计算分析,分析结果表明:随着充填体位移的增加,温度逐渐降低,充填体顶部温度接近工作面风流温度。 展开更多
关键词 深井 充填体 非稳态传热 格林函数 温度场
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温度对高导热固井材料性能及结构的影响研究
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作者 雷燕子 杨永健 +1 位作者 汪启龙 田烨 《山西建筑》 2022年第16期100-103,共4页
地热能开发利用可以助力“双碳目标”的实现,采用高导热材料固井是大幅提升地热能开发效率的关键。通过试验测试、SEM观测等方法,研究了养护温度和养护时间对固井材料导热系数、抗压强度和微观结构的影响规律。结果表明,高导热固井材料(... 地热能开发利用可以助力“双碳目标”的实现,采用高导热材料固井是大幅提升地热能开发效率的关键。通过试验测试、SEM观测等方法,研究了养护温度和养护时间对固井材料导热系数、抗压强度和微观结构的影响规律。结果表明,高导热固井材料(HTC)的导热系数和抗压强度随温度升高均呈先增大后减小的趋势,随养护时间增加则持续增大,其综合性能在60℃时最优;HTC的导热系数对温度的敏感程度更高,抗压强度对温度的敏感程度较低;产生这种现象的根本原因是:温度和时间对HTC水化产物和孔隙结构的改变。 展开更多
关键词 地热能 高导热固井材料 导热系数 微观结构
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