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。     

地下水地源热泵系统应用对地温场的影响

通过建立地下水地源热泵系统试验场,运行热泵系统,并进行地下水温度连续监测,分析应用地下水地源热泵系统对地温场的影响。抽水井与回灌井之间以及回灌井附近的地下水温度随系统运行明显变化。系统运行后,回灌水体将以不规则边缘的透镜体贮存于含水层中,以回灌井为中心向外围扩展,水温最低或最高点位于含水层中部。粘性土相对隔水层的温度变化幅度、影响范围均小于含水层。由于热量的累积效应,即使是冷热负荷均衡的热泵系统,运行一个采暖、制冷周期后也将在热源井附近的抽、灌水含水层以及相邻的隔水层中形成冷量或热量的小范围聚积。     

不同地下水流系统模式渗流场和温度场的互相影响

在地热资源丰富的地区,需要研究不同地下水流系统发育模式下渗流场和温度场的互相影响.基于二维潜水盆地多源汇的数值模拟和室内砂箱实验,改变降雨入渗强度,通过砂箱底部加温研究上下边界不同温度差条件下的渗流场和温度场的变化.研究结果表明:①随着降雨入渗强度加大,地下水流速增大,地下水流系统由单一区域系统向复杂的局部+区域、局部...     

成都平原区地源热泵系统适宜性分区评价

成都平原区位于四川省盆地中部,享有“天府之国”的美誉.近年来,响应国家节能、环保的号召,地源热泵中央空调系统在成都平原区有着较快的发展,但对区内的地源热泵系统热能交换形式缺少适宜性的分区,在选择系统热能交换形式上缺少依据.根据成都平原区地源热泵系统热能交换形式对其适宜性进行初步划分,以供成都平原区热泵系统热能交换形式选择提供依据     

地下结构物对地下水流场影响的特性规律

城市的发展对交通提出了更高的要求, 这就引发了地铁的快速发展, 而地铁车站的存在, 会对原本稳定的地下水流场产生阻挡效应, 因此, 很有必要研究地下结构物对地下水流场造成的影响。本文采用数值方法研究地下结构物对地下水流场的影响, 基于单元中心有限差分法软件Visual, MODFLOW。为了明确地下结构物影响地下水流场的因素, 对计算模型进行了简化, 模型计算针对的是单层土层中地下结构物对地下水流场的影响。研究表明:地下结构物不仅能够影响地下水流场的稳定时间, 而且使得迎水面水位上升, 背水面水位下降, 其中, 对背水面的影响程度大于迎水面。地下结构物左右侧上下游之间的水位差, 也是其中的影响因素之一。     

地源热泵系统地下水热量运移阶段特性模拟研究

含水介质中地下水热量运移过程模拟是地源热泵系统这类新型浅层地温能利用工程科学论证的重要内容。通过建立饱和含水介质中热量运移对流-弥散数学模型,模拟了拟建地源热泵系统理想的对井抽-灌运行特定水流及热源条件下地下水热量运移过程。结果表明热泵系统完整运行周期(一年)内地下水热量运移过程具有显著的"阶段性"特征,"夏、冬抽-灌输运"和"春、秋停运蓄存"两阶段取决于不同的作用因素。从数学和概念模型两方面讨论了地下水流作用对热量输运过程的决定性影响,说明不同时期抽、灌井互换运行是解决拟定工作模式下热(冷)能浪费问题的理想途径。     

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。     

三江平原地下水流场演化趋势及影响因素

近年来,三江平原部分区域地下水位呈持续下降的态势,引起广大学者和相关部门的高度关注,为了查明三江平原地下水流场时空演化规律,揭示其主要影响因素,以三江平原1980年72组及2019、2020年同期1 092组地下水位统测数据和44组国家地下水监测数据为基础,应用ArcGIS插值分析、栅格代数运算、对比分析等方法,查明了三江平原地下水流场时空演化特征,阐明了不同影响因素对地下水流场演化的控制作用。结果表明:与1980年相比,三江平原地下水位整体呈下降趋势。西部平原区地下水位累计降幅1～5 m的区域面积2.6×104 km2;东部建三江垦区累计降幅大于5 m的区域面积为1.17×104 km2,其中,累计降幅大于10 m的区域面积为3 400 km2,地下水位年均降幅约0.29 m。地下水开采引起地下水流场变化,“西砂、东黏”的水文地质条件促使区域地下水降幅的时空演化差异;水田种植规模的不断扩大引起地下水超采,浅地表黏土层阻挡降水入渗补给,地下水无法实现以丰补欠自平衡,造成了建三江垦区地下水位的持续下降。本研究成果为进一步查清三江平原地下水变化规律和现状特征奠定了基础,为科学指导地下水资源合理开发利用和管理提供了技术支持。     

水源地开采过程中地下水流场变化对土壤盐渍化影响

阐述了滩小关水源地周围的自然环境条件及水源地开采当中所引起的地下水流场变化、地下水位的变化、地下水化学态征的变化,明确指出地下水位的变化是区域地表土壤盐渍化的主要因素.提出合理开采浅层地下水,降低地下水位是改良土壤盐渍化的主要途径.     

地源热泵地下高效换热系统热积累研究

通过对单孔高效换热井加热前后井内平均温度的持续观测发现,停止加热的单孔换热井,20天后温度可恢复到初始状态。采用多观测孔对冬季群井使用时的热影响范围进行研究,发现距工作井0.5m的观测井温度波动幅度为1.7℃,距工作井大于2m的观测井温度波动幅度小于0.2℃。工作井停止使用10天后,3.5m以外的观测井温度基本恢复,工...     

地下水人工流场能效增强技术在浅层地热能开发中的应用

中新天津生态城地处天津市滨海地区,区内地下水位高,地下水流动性差,地层上部80~100 m深度内地下水均为咸水,地层天然的热传导能力差,在一个供能期内地埋管向土层中散出的冷量/热量难以在短时间消散,造成冷量/热量在地埋管附近处持续堆积,使地源热泵系统能效降低。地下水人工流场能效增强技术可通过地下水流动将地埋管周围堆积的冷量或热量较为均匀地转移到整个地埋管区域土壤中,使地埋管间的浅层地热能被充分利用,增大换热温差,提高地埋管的换热效率,从而提高地源热泵系统的能效。     

地下水源热泵的水文地质设计

地下水源热泵是一种国内外正在迅速推广的新型节能环保型空调技术,但如果设计和运行管理不合理,会造成水资源的耗损和地质环境的破坏,因此需要加强其水文地质设计。地下水源热泵的水文地质设计包括水力学设计、热力学设计和地质环境保护设计。水力学设计的重点是维持地下水回灌能力,热力学设计的重点是防止回灌井导致的地下水过热和过冷,地质环境保护设计重点是防止水资源浪费和地下水污染。算例分析表明,抽灌井距的确定需要把水力学设计与热力学设计结合起来进行。     

浅议水源热泵系统中的地下水回灌

通过对水源热泵使用现状的调查,分析水源热泵的应用范围,同时对水源热泵系统中地下水回灌进行剖析,比较不同类型回灌的效果及所产生的影响,指出最优化的回灌思路,并针对其实际应用过程提出严格成井工艺,制定国内相关技术标准,加强对现有的项目的跟监控等几项推广建议。     

长春市地下水水源热泵技术的应用与讨论

本文介绍了地下水水源热泵的工作原理,结合长春市地下水水文地质条件确定可利用地下水源热泵适宜区域。应用＂比例法＂对适宜地区地下水进行热储量计算,并得出长春市地下水水源热泵供暖潜力冬季可达1600万平方米。讨论目前长春市地下水水源热泵技术推广的现状,面临的问题,并提出如何推广建议。     

敦化市玄武岩地区地下水水源热泵浅层地热能适宜性研究

通过对敦化市玄武岩地区的含水层特征进行分析,结合本次抽水试验及回灌试验结果,对研究区浅层地热地下水换热方式适应性进行分析评价,计算得出地下水换热功率。     

地下水水源热泵浅层地热能开发条件及存在问题

地下水水源热泵技术是浅层地热能开发的主要形式之一,并在国内得到广泛应用。然而并不是所有区域均适合利用地下水水源热泵技术进行浅层地热能开发和利用,不合理的开发不仅得不到理想的应用效果还可能产生严重的环境问题及地质灾害问题。地热能开发利用前应进行详细的调查,不仅应具有技术可行性,还要具有环境可行性及经济可行性。     

地下水源热泵水井泵砂与堵塞原因分析

地下水源热泵系统常会出现抽水井泵砂、抽水井和回灌井堵塞等问题,影响系统的正常运行或系统效率。以湖北省荆州市某地下水源热泵工程为例,分析了江汉平原广泛分布的卵砾石夹细砂含水层中成孔方法选择、滤料及过滤管设计中存在的问题;指出了目前在过滤管外包不锈钢丝网是防止在细砂层中水井泵砂的有效手段之一,但宜与泥浆密度轻、对地层污染小的反循环成孔工艺配合使用,且仍要根据含水层的颗粒级配曲线选择滤料,发挥滤料的过滤作用,避免过滤压力转移到包网过滤管,以减少抽水井堵塞。     

The flow and heat transfer characteristics of compressed air in high-pressure air injection wells

High-pressure air injection (HPAI) is a significant enhanced oil recovery (EOR) technology of light oils especially in deep, thin, low-permeability reservoirs. The flow and heat transfer behaviors of compressed air in wellbore is essential to maximize performance of air in EOR. Due to strong compressibility of air and high injection pressure, wellbore temperature and pressure are greatly affected by friction and gas compression. However, the available models of wellbore flow and heat transfer are only accurate for thermal fluid, such as saturated steam and superheated steam, injected at relatively low pressure and high temperature. In this paper, a novel model is proposed to characterize wellbore pressure and temperature distribution for HPAI wells with consideration of dynamic behaviors of injected air. Flow and heat transfer in depth direction are coupled with air properties by iterative technique, and heat transfer in radial direction is treated as steady state in wellbore and transient state in formation. The mathematical model is solved by employing finite difference method and it is validated by field data. Then, integrated analyses of flowing pressure, heat transfer mechanism, and interaction between pressure and temperature are conducted. Results indicate that (1) as well depth increases, temperature difference between formation and air tends to become constant, and the radial heat transfer tends to reach an equilibrium state. The higher the flow rate is, the deeper the equilibrium depth is. (2) Air temperature is dominated by heat transmission from formation at low flow rates and dominated by frictional heat and gas compression effect at high flow rates. Fictional heat begins to affect air temperature at an injection rate beyond the critical value, while gas compression effect can increase air temperature in the whole calculated injection rate range. (3) Interaction between wellbore temperature and pressure is mainly achieved by altering air density. The effect of injection pressure on air temperature can be negligible, while the influence of injection temperature shows strong dependency on injection rate.     

An analytical study on groundwater flow in drainage basins with horizontal wells

Analytical studies on release/capture zones are often limited to a uniform background groundwater flow. In fact, for basin-scale problems, the undulating water table would lead to the development of hierarchically nested flow systems, which are more complex than a uniform flow. Under the premise that the water table is a replica of undulating topography and hardly influenced by wells, an analytical solution of hydraulic head is derived for a two-dimensional cross section of a drainage basin with horizontal injection/pumping wells. Based on the analytical solution, distributions of hydraulic head, stagnation points and flow systems (including release/capture zones) are explored. The superposition of injection/pumping wells onto the background flow field leads to the development of new internal stagnation points and new flow systems (including release/capture zones). Generally speaking, the existence of n injection/pumping wells would result in up to n new internal stagnation points and up to 2n new flow systems (including release/capture zones). The analytical study presented, which integrates traditional well hydraulics with the theory of regional groundwater flow, is useful in understanding basin-scale groundwater flow influenced by human activities.