深层垂直井同轴换热能力数值模拟分析

针对中深部（1 500~4 000 m）地热资源深井同轴“保水取热”科学评价问题,以COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值计算软件为模拟平台,构建垂直单井岩-水耦合传热模型,以西安地区地层与地温特征为模拟背景,计算分析2种地温梯度（0.027、0.030℃/m）与4种注水口流速（0.25、0.50、0.75、1.00 m/s）工况下深层（3 500 m）地热单井套管换热能力。同时,建立5种井间距下的群井数值模型,分析不同井间距下群井中心井的出口温度变化规律。模拟结果显示:地温梯度越大,进出口温差越大,单位时间换热量与单位延米换热量越大;入口注水流速越大,进出口温差越小,但单位时间换热量与单位延米换热量越大,即地温梯度、流速越大,深层垂直钻孔套管换热的效率越高;西安地区3 500 m井深工况下,相邻地热井的间距为30 m时能够保证其地层温度不会相互干扰。研究结论可为深层地热开发利用提供科学参考。移动阅读      

地下水渗流对地埋管换热影响研究

为研究地下水渗流对地埋管换热的影响,搭建地埋管换热研究试验台,模拟不同地下水流速(0 m/a、100 m/a、200 m/a)条件下的地埋管换热器,通过试验数据分析得出:随着地下水流速的加大,将更多的热量带到下游,地埋管换热器的换热量和综合导热系数逐渐增加,对上、下游温度变化作用更明显,水流方向的热影响半径依次变大。地埋管换热器工程建设中应注重前期水文地质条件的勘察,对整个地源热泵系统工程能长期稳定运行起到关键作用。     

地下群井改变径流条件下的三维实验模拟研究

为研究改变地下径流条件时对U型地埋管换热器周围温度场恢复的影响,对北京某区实验基地U型地埋管进行夏季换热实验。通过抽水实验改变地下径流条件,取得了地源热泵系统的运行参数以及周边温度场变化趋势,通过COMSOL软件模拟三维U型地埋管在多场耦合作用下的换热过程,改变径流条件得到了换热孔周围0.5 m、1 m地温场恢复曲线,得到U形管口出口温度等。地下水径流能引起地埋管周围温度场的变形,地埋管周围温度场的迁移变化方向同地下径流速度场方向一致。对比实验值得出:运行稳定后地埋管的出口温度模拟值与实际值工况接近,地埋管在10 m、120 m处的温度模拟值与实验值吻合好,地埋管深5 m、48 m、89 m处周围0.5 m、1m的温度恢复比原始地温高1℃左右,与实际监测结果相同,证明了数值模拟的正确性。在此基础上预测了加大径流条件下的地温场恢复情况,并分析了原因。此三维模型可研究不同土壤分层构造、地下水不同流速、人为改变地下流场条等复杂三维多场耦合问题,可初步预测实际工程中,换热群井运行过程中地下温度场的变化。为进一步研究土壤分层和地下水分层流动下,地埋管群井周围温度场变化奠定了基础。     

太阳能储热桩取热过程中桩内温度变化的研究

首先介绍了太阳能地下混凝土储热桩热量利用率不足的现状,通过在已有太阳能混凝土储热桩传热模型的基础上,对不同取热工况中影响储热桩温度场变化的各种因素进行了传热过程的模拟分析,得出了持续取热及间断取热2种不同运行工况及热流密度、导热系数和比热容、埋管间距对桩内温度场变化的影响,然后合理的选择最优参数,分析桩内温度场的变化,提高取热效率,使混凝土桩内热量充分利用。     

咸阳地区地热采灌井最佳井距分析

采灌井合理井间距的确定是对井采灌,资源可持续利用的关键性问题[1]。采灌井间距过大,不利于发生水力联系,间距过小容易产生"热突破"[2]。对采灌井合理井间距的确定提供依据,以咸阳采灌区为例,在建立地下水流场和温度场耦合数学模型的基础上,借助Feflow软件以咸阳地区WH2为回灌井中心,开采井呈东西南北向排布的方式模拟。模拟分析表明:在采灌过程中地下水水位稳定时间随抽、灌水量的增加相应减少。水流连通的时间缩短,主要是由于抽、灌水共同作用下,地下水发生强迫对流作用加强,使天然流场的作用被忽略。在强迫对流作用的影响下,经过一定的时间形成新的渗流稳定场,当新的渗流稳定场形成之后,水流连通也将出现。以回灌使含水层下降2℃视为出现"热突破"现象,运行3 650天时,在防止抽灌井发生"热突破"的前提下,抽水井距灌水井合理的间距的下限为400 m左右。结合水力联系影响下的合理井距上限500 m,得出的研究区采灌井间合理的井间距范围为400~500 m。     

注热联合井群开采煤层气运移采出规律数值模拟

为总结注热联合井群开采低渗透储层煤层气运移采出规律,基于传热学、弹性力学、渗流力学、岩石力学理论,建立了注蒸汽开采低渗透储层煤层气藏过程的热固流耦合数学模型。结合潞安矿区山西组3#煤层地质参数,利用有限元软件进行了注热联合井群开采煤层气藏运移规律的数值模拟,得到了不同布井方式下注热10 d、开采100 d过程中煤层温度场、应力场及煤层气渗流场变化规律。结果显示,煤层平均传热速度为1.57 m/d,注热10 d后,中心井35 m范围内为有效注热区;随井筒数量的增加和井间距的减小,井间干扰作用增强,煤储层压力下降加快,煤层气供气及解吸区域增加,累积产量显著增加。七井模型20 m井间距注热开采累积产气量是五井模型30 m井间距未注热开采累积产气量的2.01倍。模拟结果显示了注热和井间干扰开采优势,为低渗透储层煤层气井群注热联合工业开采提供理论依据。     

裂隙岩体流-热耦合传热的三维数值模拟分析

通过对潘西煤矿水文地质条件的分析,基于裂隙岩体的流-热耦合数学模型,描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,并结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流-热耦合传热进行了数值模拟和分析。数值模拟结果表明,岩体内裂隙水流所引发的热量迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。在渗流初期,温度梯度矢量沿渗流方向向两侧岩体方向流动,由于两侧岩体的渗透性系数低于断裂带处的渗透性系数,右侧等温线及温度梯度矢量方向逐渐向渗流方向移动,改变了两侧岩体的温度场分布。通过对断裂带内裂隙水流渗透性系数的折减,分析渗透性系数发生变化时对岩体温度场分布的影响,渗透性系数越大,伴随的热量迁移增大,对岩体的温度场分布的影响也越大。     

区域流场作用下地下水地源热泵系统抽灌模式对地温场的影响

通过建立三维水热耦合数值模型,对区域流场作用下,地下水地源热泵系统运行一个采暖、制冷周期后,不同的抽灌井布局以及交替方式下,地下水地源热泵系统地温场的演变趋势进行模拟分析。结果表明,地下水的天然流速越大,越有利于热量的运移,有助于抽灌井连线垂直于地下水流方向的垂直布局以及地下水流向由抽水井指向回灌井的平行布局下的地温场演化,但不利于地下水流向由回灌井指向抽水井的平行布局下的地温场演化和温度恢复。一般的天然地下水流速条件下,由于含水层储能效应,进行抽灌井季节性交替模式的系统运行效率较高。     

地下水源热泵抽灌井优化布置及参数灵敏度

为了确定地下水源热泵的最佳布井方式,探明含水层温度场变化特征以及水文地质参数灵敏性,以石家庄地下水源热泵适宜区肖家营—东兆通为研究区,基于热储层的地热地质条件和热物性参数,利用FEFLOW软件构建了三维水-热耦合数值模拟模型。在2 000 m³/d的抽灌量下对不同井间距、不同布井模式-含水层温度场变化进行模拟,探讨发生热突破的可能性,并探讨温度场关于热导率、渗透系数、孔隙率等参数的灵敏度。研究结果表明：1)在单抽双灌模式下,方案C(两眼回灌井连线与地下水流向垂直,一眼回灌井位于抽水井正下游,另一眼回灌井位于沿地下水流向45°方向,即两回灌井与抽水井组成等腰直角三角形,抽水井正下游的回灌井为直角顶点)的布井方案对含水层温度场影响最小,为最优方案;2)单抽双灌模式下,抽灌量为2 000 m³/d时,方案C抽灌井间距设置在40～50 m较为合理;3)抽灌过程中,温度场对于渗透系数的改变灵敏度较高,而对孔隙率以及热导率的改变灵敏度较低。     

地埋管换热性能综合微缩试验研究

为研究不同水文地质条件下地埋管换热器与岩土体换热情况,构建了室内地埋管换热器综合微缩实验台,并开展了干砂、饱和砂（不流动）以及饱和砂（流动）三种情况下的相似试验研究,结果表明:干砂、饱和砂和地下水渗流条件下综合导热系数依次增加;温度场范围依次加大,并且渗流对上、下游温度变化分别有阻碍和促进作用;随着渗流速度的加大,地下水将热量带到下游,温度场在水流方向被拉长。文章从试验数据论证了水流作用对地埋管换热影响,对地埋管设计等地埋管热泵的工程应用具有指导意义。     

Heat Wave Hazards: An Overview of Heat Wave Impacts in Canada

Extreme heat events are natural hazards affecting Canada and many other regions of the world. This paper presents an overview of the issues involved in defining heat waves and harmful hot weather events, followed by a spatial and historical overview of heat waves across Canada, and an assessment of heat wave adaptation potential in selected cities. The Prairies, Southern Ontario, and areas in the St. Lawrence River Valley of both Ontario and Quebec demonstrate the highest temperatures and most frequent occurrences of heat waves, with minimal effects in the North, Pacific Coast, and Maritimes. Montreal frequently experiences extreme heat, and based on its low air conditioning rates and older, high-density housing, it demonstrates limited potential for adaptation to heat events. A scientific assessment was done to identify the effects of heat waves on various sectors of Canadian life including agriculture, livestock, fisheries, construction, transportation, utilities, the environment, and human health. Heat stress has been linked to excess human mortality and illness, violent behaviour, drought, forest fires, tornadoes, decreased agricultural and livestock productivity, construction and transportation difficulties, and reduced electrical power supply. Despite limited research on heat waves in Canada, this study demonstrates that the impacts of heat are profound and far-reaching.     

地源热泵土壤源换热器的施工技术

地源热泵（Ground Source Heat Pump，GSHP）作为最有发展潜力的热泵技术在各级政府的积极推窑下发壁迅速，但由于地源换热器施工安装成本高，技术的发展遇到了很大的阻力。探讨了土壤源换热器施工技术和土壤源换热器的热平衡问题，力图提高土源换热器施工技术，降低地源热泵成本，促进该技术的推广应用。     

Heat transport in serpentinites

The thermal transport properties thermal conductivity and thermal diffusivity were examined for a variety of serpentinites as a function of temperature at ambient pressure. The thermal transport properties of serpentinites show an extraordinary behavior. Besides the common 1/T decrease in thermal transport properties with increasing temperature, which can be related to an increase in phonon–phonon interactions with increasing temperature, an oscillation of thermal conductivity is observed with maxima around 450 and 850 K. This oscillation is linkable to water release of surficially bounded water and water in pores (450 K) and the dehydration of serpentinite (850 K). The oscillations are explained by advective heat transfer during dehydration, reaching up to 30% of the overall heat transport. The dehydration of serpentinites was examined by XRD and Thermo-Gravimetry and Differential Thermal Analysis/Differential Scanning Calorimeters (TG/DSC) investigations, indicating that the dehydration reaction is kinetically hindered and the crystallization of the product phases are observed at ≈1060 K, more than 200 K above the equilibrium of dehydration reactions. The conductive heat transfer by phonons shows a minor temperature variation and dominates thermal diffusivity. Ultrasonic sound velocities as a function of temperature [J. Geophys. Res. 102 (1997) 3051] were used to derive the mean free path length of phonons, which decreases from 0.28 to 0.2 nm at high temperatures. This is in the same order of magnitude as the interatomic distance of O–O, Al–O and Si–O restricting the minimum distance for phononic movement. A high anisotropy in thermal transport properties of single crystallites is concluded from its structure and elastic behaviour. However, the examined samples are macroscopically isotropic. The pressure and temperature dependence of conductive heat transport of an average serpentinite is given by λ=(1/(A+BT))(1+βP) W/m K, with A=0.3638 m K/W, B=0.000244 m/W and β=0.148 GPa⁻¹.     

江西赣县大地热流特征与热源机制研究

江西省赣县区位于江西省南部、属于我国东南高热流区,但赣县区内大地热流研究尚属空白,制约了区域地热背景的综合认知和进一步研究评价。本次研究基于钻孔测温及岩心样品热导率测试数据,通过分析校正得到赣县地区平均大地热流值为75.9mW/m²,高于我国大陆地区平均热流值,反映了区域具有较高的热背景。通过放射性测试,得到研究区花岗岩体放射性生热率平均为5.68μW/m³,属于高放射性岩体,大面积分布的高产热花岗岩,可为区域地热背景提供稳定的附加热源,此外贯穿本区的深大断裂及其次生断裂给热水提供了深循环通道加热,因此推测研究区地热资源的热源机制为“地下水深循环加热+高产热花岗岩体生热”的模式。     

中深层套管换热器短期无干扰名义取热量计算解析方法

从地下传热基本原理出发,考虑地温梯度影响,建立了中深层套管换热器进出口流体平均温度解析解和长时间近似解,推导了中深层套管换热器短期无干扰名义取热量计算解析公式,并通过与文献中结果对比进行了验证。研究结果表明,中深层套管换热器短期无干扰名义取热量是地温梯度的线性函数。短期无干扰名义取热量计算解析公式简单实用,可以实现中深层套管换热器短期换热性能快速评价。     

地源热泵地下直埋式换热器的施工

地源热泵是一种可再生能源利用技术，阐述了地源热泵的工作原理，并对直埋式地下换热器的结构及施工作了详细论述。     

地下同轴套管式换热器取热工况热响应实验分析

地源热泵系统凭借其节能和环保的特性,一经问世就迅速吸引了全世界的目光,成为了一个非常热门的研究课题。换热器的传热效率一直是地源热泵技术研究的主要问题之一,通过对比传统的单U型换热器,对新型的同轴套管型换热器的取热工况进行试验研究,并对采集的数据进行分析讨论,说明其具有良好的传热效果。     

Groundwater Flow Driven by Heat

The temperature of groundwater will be increasing gradually while it is recharged and infiltrated down to the depth because of the geothermal gradient. So the density of water is smaller and smaller. The author puts forward the heat-driving mechanism that the movement of the groundwater is caused by the density differences from different temperatures. Based on this idea, the author proposes the short range recharge model of geothermal water in flat terrain hilly area. The model explains the coexistence mechanism of recharge and discharge (hot springs) zones can be at the same altitude. Considering that the temperature is an important driving force of groundwater movement, the paper puts forward and demonstrates that the hot springs can expose at higher lands while the recharge zone being situated lower lying areas.     

气候系统内极区热汇与热带海洋热源之间的相互作用(英)

The anomalous change of two polar sea ice and tropical ocean SST is a very important index for global climate monitoring and prediction. In this paper, the wave resonance principle is used to calculate month by month running cross couple correlation coefficient time series between sea ice in different sea area of two Polars, as well as between them and five elements of E1 Nino events, to analyze their variation features, and to find out their resonance periods. The resonance period of two waves is just the strongest interaction period.Some results are concluded as follows. 1) The Arctic sea ice to the Pacific-side (NPI1) and Atlantic-side (NP12) show a strong positive-negative feedback impact each other to the Antarctic Ross Sea ice (SPI2) with equal intensity. 2) Both NPI1 and NPI2 give a strong positive and negative feedback to the Antarctic Wedded Sea ice (SPI3) while it is rather weak in convercse status. It means that, the Arctic sea ice plays a leading and controlling role on the Wedded Sea ice. 3) SST of Nino 4 area in thecentral equatorial Pacific has a best resonance period with SPI2 with cycle period of 132 months. It closely relates to quasi-11 years oscillation period of both SST of Nino 4 area and SPI2. SST of Nino 4 has also a resonance period to SPI3 with cycle of 61 months. There also exist strong interaction periods between the Antarctic sea ice and other elements of ENSO event but weaker than SST of Nino 4 area.