基于地下流场与温度场耦合模拟的抽水~回灌优化方案研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anknn21
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在能源消耗以及环境污染严重的背景下,地下水源热泵以其清洁无污染且可再生的优势,迅速成为各国积极推广的新型能源。地下水源热泵系统的推广过程中,其运行效率直接决定了该系统推广的可行性,也是目前国内外众多学者关注的焦点。以利辛县人民医院水源热泵系统为例,建立了地下水渗流和热量运移耦合的数学模型,在此基础上,运用美国地质调查局开发的HST3D热运移软件,重点研究了影响水源热泵系统高效运行的主要因素。得出如下结论:(1)地下水源热泵系统井群模式运行时,流场影响范围远大于温度场的影响范围;在强烈的抽水和回灌条件下,地下水温度变化以热对流为主;在保证不产生热贯通的前提下,可以使抽水井和回灌井附近的流场相互影响,避免水位下降或上升过大,降低抽水或回灌能力;(2)回灌量对地下水位变化和温度场的影响显著,回灌量为90%时,发生热贯通时间延长,但抽水井附近水位降深增加,流场恢复缓慢。因此,鉴于井群布置在建筑物周围,为防止系统长期运行形成次生地质灾害,要求回灌比为100%;(3)井间距和井群布置方案对地下水位变化和温度场影响很大。抽水井和回灌井相邻井间距由25m增加到60m时,流场和温度场影响范围扩大,热贯通时间随之延长,间歇期流场和温度场恢复时间随着井间距增大而变的更加缓慢;考虑到实际工程中建筑物布局以及区域场地的限制,井间距不宜过大,可取50m;(4)依据建筑物夏季取水温差(14℃)和冬季取水温差(12℃)的不同,系统初始运行期的选择对地下温度场影响不同。初始期从夏季开始回灌水温很高,研究区整个含水层在一个完整的运行期末,地下温度高于初始温度1.5℃,很难恢复至初始温度;从冬季取暖开始,回灌的冷水可供夏季制冷使用,系统运行期末,研究区域温度低于初始温度场0.5℃,接近初始状态;(5)水源热泵系统长期运行过程中,含水层累积一定的能量,从实际工况累积效应对比分析,初始期从冬季取暖开始,冬季蓄积的冷量便于在夏季使用,夏季累积的热量,供冬季使用,运行两年末,研究区抽水井区域温度场略高于初始温度。因此,为合理利用含水层中储存的冷量或热量,抽水井和回灌井可以互调使用,节省能耗。
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