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严寒区域中深层地热井套管换热影响因素分析
被引量：
2
1
作者
戚旭鹏
易富
+4 位作者
金洪松
孟凡康
于汇泽
白文明
包瀚博
《深圳大学学报（理工版）》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期42-50,共9页
中深层同轴套管换热技术通过套管内部流体循环达到提取地下深层地热能的目的.由于换热器出口温度高,是严寒地区建筑物冬季采暖热源的良好选择.通过对同轴套管与源侧岩土体传热过程的分析,基于标准κ-ε模型,采用Simple压力速度求解方法...
中深层同轴套管换热技术通过套管内部流体循环达到提取地下深层地热能的目的.由于换热器出口温度高,是严寒地区建筑物冬季采暖热源的良好选择.通过对同轴套管与源侧岩土体传热过程的分析,基于标准κ-ε模型,采用Simple压力速度求解方法,建立流热固耦合二维非稳态数值传热模型.研究结果表明,由于中国长春冬季寒冷,热泵运行期间,浅部地层温度低于换热器进口流体温度,地面向下3.9 m范围岩土体呈热源漏斗,随着地层深度增加,逐渐转变为热汇漏斗.热泵运行第1周,换热器出口温度及换热量迅速降低,运行1个月后趋于平稳,整个供暖周期内,地埋管出口温度单位时间下降幅度越来越小,出口温度与时间之间的关系呈幂函数形式递减趋势.随着固井水泥导热系数增加,换热量增加,当固井水泥导热系数大于岩土体后趋于稳定.内管导热系数增大,热短路现象严重,换热器出口温度及换热量降低.在热泵机组24 h开启和停止时间之比(启停比)分别为16 h∶8 h、12 h∶12 h和8 h∶16 h时,换热器出口温度和换热量呈不规则变化,但整体呈逐渐降低趋势.热泵停止运行时间越长,源侧岩土体温度恢复越佳,再次开启时出口温度和换热量越大.通过数值模型分析可以得到套管换热器各影响因素的变化规律.
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关键词
岩土工程
中深层地热井
数值传热模型
严寒区域
换热量
换热器出口温度
下载PDF
职称材料
中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能分析
被引量：
39
2
作者
鲍玲玲
徐豹
+2 位作者
王子勇
李本军
罗景辉
《地球物理学进展》
CSCD
北大核心
2020年第4期1217-1222,共6页
为了探讨不同因素对中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能的影响,采用了一种中深层同轴套管式地埋管换热器数值模型,利用交替方向隐式法和追赶法,并结合邯郸地区现场测试数据,对该模型进行了求解.分析了环腔流体流速、管径比、内管导...
为了探讨不同因素对中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能的影响,采用了一种中深层同轴套管式地埋管换热器数值模型,利用交替方向隐式法和追赶法,并结合邯郸地区现场测试数据,对该模型进行了求解.分析了环腔流体流速、管径比、内管导热系数、回填材料导热系数、岩土导热系数及井孔深度对套管换热器换热量及出口水温的影响规律.结果表明,增加环腔流体流速、减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高换热量;减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高出口水温.因此,在实际工程中,应选择高热阻的管材作为内管、选择导热系数较大的回填材料、岩土导热系数较大的地区有利于地热能开发、选择管径之比较小的套管、环腔流体流速的大小在允许范围内宜取大、较深井孔宜作为地热开采井,同时要综合考虑换热量、循环水泵功耗、钻井成本和实际负荷需求及热泵机组性能匹配.
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关键词
中深层地热井
同轴套管换热器
邯郸地区
数值模拟
原文传递
中深层地热井开采对套管与水泥环性能影响的研究
3
作者
叶辉兵
张所邦
+5 位作者
胡胜华
洪毅
刘航铭
陈维保
梁五宝
万宇航
《钻探工程》
2024年第5期93-100,共8页
地热井开采过程中井筒热流体造成的瞬时高温条件下,对套管的力学性能有较大的影响。本文基于套管-水泥环-地层岩石稳态热传导数学模型计算井筒温压场,建立中深层地热开采放热与套管相互作用力学评价的数学模型,并对地热开采放热对套损...
地热井开采过程中井筒热流体造成的瞬时高温条件下,对套管的力学性能有较大的影响。本文基于套管-水泥环-地层岩石稳态热传导数学模型计算井筒温压场,建立中深层地热开采放热与套管相互作用力学评价的数学模型,并对地热开采放热对套损的影响进行有限元计算和试验模拟,得到以下结论:在地热开采井筒放热作用下,使套管产生了较大的椭圆度,削弱了套管的抗挤强度。当内压达到90 MPa、套管内温度为30℃时,在地层径向压力不等的情况下,内壁面应力分布极不均匀,应力最大差值为560 MPa,应力沿周向分层分布,受到地层径向压力大的一侧出现大范围的应力集中区域。随着温度的升高,套管的位移云图变化不大,最大位移值略有增加。当温度达到120℃后,套管处于较为恶劣的热力环境,热应力的变大导致套管塑性变形严重,同时内压增大到120 MPa时,套管内壁整体呈高应力状态,更易导致壁面出现塑性破坏。研究成果对研究地热开采放热对套损的影响规律,对评估套管的受力环境、水泥环强度、水泥环微间隙宽度等参数提供指导意义。
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关键词
地热开采
套管
水泥环
塑性破坏
中深层地热井
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职称材料
题名
严寒区域中深层地热井套管换热影响因素分析
被引量：
2
1
作者
戚旭鹏
易富
金洪松
孟凡康
于汇泽
白文明
包瀚博
机构
辽宁工程技术大学土木工程学院
辽宁工程技术大学建筑与交通学院
中国建筑科学研究院地基基础研究所
长春高新建设开发有限公司
吉林省吉岩能源科学技术研究有限公司
吉林省陆特堃喆能源科技有限公司
出处
《深圳大学学报（理工版）》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期42-50,共9页
基金
国家自然科学基金资助项目(51774163)
辽宁省自然科学基金资助项目(2019-ZD-0044)。
文摘
中深层同轴套管换热技术通过套管内部流体循环达到提取地下深层地热能的目的.由于换热器出口温度高,是严寒地区建筑物冬季采暖热源的良好选择.通过对同轴套管与源侧岩土体传热过程的分析,基于标准κ-ε模型,采用Simple压力速度求解方法,建立流热固耦合二维非稳态数值传热模型.研究结果表明,由于中国长春冬季寒冷,热泵运行期间,浅部地层温度低于换热器进口流体温度,地面向下3.9 m范围岩土体呈热源漏斗,随着地层深度增加,逐渐转变为热汇漏斗.热泵运行第1周,换热器出口温度及换热量迅速降低,运行1个月后趋于平稳,整个供暖周期内,地埋管出口温度单位时间下降幅度越来越小,出口温度与时间之间的关系呈幂函数形式递减趋势.随着固井水泥导热系数增加,换热量增加,当固井水泥导热系数大于岩土体后趋于稳定.内管导热系数增大,热短路现象严重,换热器出口温度及换热量降低.在热泵机组24 h开启和停止时间之比(启停比)分别为16 h∶8 h、12 h∶12 h和8 h∶16 h时,换热器出口温度和换热量呈不规则变化,但整体呈逐渐降低趋势.热泵停止运行时间越长,源侧岩土体温度恢复越佳,再次开启时出口温度和换热量越大.通过数值模型分析可以得到套管换热器各影响因素的变化规律.
关键词
岩土工程
中深层地热井
数值传热模型
严寒区域
换热量
换热器出口温度
Keywords
geotechnical
engineering
middle
-
deep
geothermal
wells
numerical
heat
transfer
model
severe
cold
region
heat
exchange
heat
exchanger
outlet
temperature
分类号
TK529 [动力工程及工程热物理—热能工程]
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职称材料
题名
中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能分析
被引量：
39
2
作者
鲍玲玲
徐豹
王子勇
李本军
罗景辉
机构
河北工程大学能源与环境工程学院
中国煤炭地质总局水文地质局
出处
《地球物理学进展》
CSCD
北大核心
2020年第4期1217-1222,共6页
基金
河北省教育厅科学研究计划项目(ZD2018088)资助。
文摘
为了探讨不同因素对中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能的影响,采用了一种中深层同轴套管式地埋管换热器数值模型,利用交替方向隐式法和追赶法,并结合邯郸地区现场测试数据,对该模型进行了求解.分析了环腔流体流速、管径比、内管导热系数、回填材料导热系数、岩土导热系数及井孔深度对套管换热器换热量及出口水温的影响规律.结果表明,增加环腔流体流速、减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高换热量;减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高出口水温.因此,在实际工程中,应选择高热阻的管材作为内管、选择导热系数较大的回填材料、岩土导热系数较大的地区有利于地热能开发、选择管径之比较小的套管、环腔流体流速的大小在允许范围内宜取大、较深井孔宜作为地热开采井,同时要综合考虑换热量、循环水泵功耗、钻井成本和实际负荷需求及热泵机组性能匹配.
关键词
中深层地热井
同轴套管换热器
邯郸地区
数值模拟
Keywords
middle
-
deep
geothermal
well
Coaxial
casing
heat
exchanger
Handan
area
Numerical
simulation
分类号
P314 [天文地球—固体地球物理学]
原文传递
题名
中深层地热井开采对套管与水泥环性能影响的研究
3
作者
叶辉兵
张所邦
胡胜华
洪毅
刘航铭
陈维保
梁五宝
万宇航
机构
湖北省地质局第七地质大队
出处
《钻探工程》
2024年第5期93-100,共8页
基金
湖北省地质局项目“湖北省中深层地热井完井技术研究”(编号:KJ2022-26)
湖北省市场监督管理局项目“湖北省中深层地热井完井技术规程”(编号:T-Z-05-2023369)。
文摘
地热井开采过程中井筒热流体造成的瞬时高温条件下,对套管的力学性能有较大的影响。本文基于套管-水泥环-地层岩石稳态热传导数学模型计算井筒温压场,建立中深层地热开采放热与套管相互作用力学评价的数学模型,并对地热开采放热对套损的影响进行有限元计算和试验模拟,得到以下结论:在地热开采井筒放热作用下,使套管产生了较大的椭圆度,削弱了套管的抗挤强度。当内压达到90 MPa、套管内温度为30℃时,在地层径向压力不等的情况下,内壁面应力分布极不均匀,应力最大差值为560 MPa,应力沿周向分层分布,受到地层径向压力大的一侧出现大范围的应力集中区域。随着温度的升高,套管的位移云图变化不大,最大位移值略有增加。当温度达到120℃后,套管处于较为恶劣的热力环境,热应力的变大导致套管塑性变形严重,同时内压增大到120 MPa时,套管内壁整体呈高应力状态,更易导致壁面出现塑性破坏。研究成果对研究地热开采放热对套损的影响规律,对评估套管的受力环境、水泥环强度、水泥环微间隙宽度等参数提供指导意义。
关键词
地热开采
套管
水泥环
塑性破坏
中深层地热井
Keywords
geothermal
exploitation
casing
cement
sheath
plastic
failure
middle
‑
deep
layers
geothermal
well
分类号
TE256 [石油与天然气工程—油气井工程]
P634 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
严寒区域中深层地热井套管换热影响因素分析
戚旭鹏
易富
金洪松
孟凡康
于汇泽
白文明
包瀚博
《深圳大学学报（理工版）》
CAS
CSCD
北大核心
2022
2
下载PDF
职称材料
2
中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能分析
鲍玲玲
徐豹
王子勇
李本军
罗景辉
《地球物理学进展》
CSCD
北大核心
2020
39
原文传递
3
中深层地热井开采对套管与水泥环性能影响的研究
叶辉兵
张所邦
胡胜华
洪毅
刘航铭
陈维保
梁五宝
万宇航
《钻探工程》
2024
0
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