为提高井底高温区地热能开采效率,文章构建了一种用于水平地热井开采的喷射式同轴套管换热器。基于有限体积法建立水平段近井底区三维数值仿真模型,对比分析外进内出型(Outside-in and Inside-out type,OI)、内进外出型(Inside-in and O...为提高井底高温区地热能开采效率,文章构建了一种用于水平地热井开采的喷射式同轴套管换热器。基于有限体积法建立水平段近井底区三维数值仿真模型,对比分析外进内出型(Outside-in and Inside-out type,OI)、内进外出型(Inside-in and Outside-out type,IO)和喷射式(Jet Inlet,IOI)同轴套管换热器的流场和温度场,揭示了喷射式换热器强化传热机理。结果表明:IOI型换热器内流体的湍动能增加,并形成涡旋,提高了地热开采效率。通过对比采热性能发现,努塞尔数随质量流量增加而增加,IOI型的努塞尔数比其他两者分别高18.33%~32.48%和5.33%~18.84%;摩擦系数随质量流量增加而降低;相同质量流量下,IOI型换热器热增强系数比其他两者分别高9.13%~13.58%和3.61%~10.24%;IOI型的平均采出温度和平均延米换热量始终在三者中最高。研究结果为提高水平地热井同轴套管式换热器开采效率提供理论依据。展开更多
U型中深层地埋管换热器(U-bend Deep Borehole Heat Exchanger,UDBHE)可有效开采中深层地热能,具有较高的换热性能,因而备受关注。中深层岩土热物性一般随深度而变化,而目前缺乏分层岩土热物性对U型中深层地埋管换热器传热性能影响的深...U型中深层地埋管换热器(U-bend Deep Borehole Heat Exchanger,UDBHE)可有效开采中深层地热能,具有较高的换热性能,因而备受关注。中深层岩土热物性一般随深度而变化,而目前缺乏分层岩土热物性对U型中深层地埋管换热器传热性能影响的深入研究。文章基于已经建立的UDBHE半解析传热模型,研究了分层岩土热物性(热导率和体积比热容)对UDBHE传热性能的影响。研究结果表明:各层岩土热导率和体积比热容对UDBHE传热性能均有一定影响,并且其影响均随着岩土层深度的增大而增大;随着时间的增加,岩土热导率造成的影响逐渐增大,而岩土体积比热容造成的影响基本不变。保持各层岩土热导率的加权平均值不变,岩土热导率非均匀性对传热性能有较大影响,并且较大的岩土热导率非均匀性程度将促进UDBHE传热性能,反之则抑制。同理,岩土体积比热容非均匀性也有一定影响,但其影响随时间变化很小。研究结果对UDBHE性能预测及优化提供重要的参考价值。展开更多
文摘为提高井底高温区地热能开采效率,文章构建了一种用于水平地热井开采的喷射式同轴套管换热器。基于有限体积法建立水平段近井底区三维数值仿真模型,对比分析外进内出型(Outside-in and Inside-out type,OI)、内进外出型(Inside-in and Outside-out type,IO)和喷射式(Jet Inlet,IOI)同轴套管换热器的流场和温度场,揭示了喷射式换热器强化传热机理。结果表明:IOI型换热器内流体的湍动能增加,并形成涡旋,提高了地热开采效率。通过对比采热性能发现,努塞尔数随质量流量增加而增加,IOI型的努塞尔数比其他两者分别高18.33%~32.48%和5.33%~18.84%;摩擦系数随质量流量增加而降低;相同质量流量下,IOI型换热器热增强系数比其他两者分别高9.13%~13.58%和3.61%~10.24%;IOI型的平均采出温度和平均延米换热量始终在三者中最高。研究结果为提高水平地热井同轴套管式换热器开采效率提供理论依据。
文摘U型中深层地埋管换热器(U-bend Deep Borehole Heat Exchanger,UDBHE)可有效开采中深层地热能,具有较高的换热性能,因而备受关注。中深层岩土热物性一般随深度而变化,而目前缺乏分层岩土热物性对U型中深层地埋管换热器传热性能影响的深入研究。文章基于已经建立的UDBHE半解析传热模型,研究了分层岩土热物性(热导率和体积比热容)对UDBHE传热性能的影响。研究结果表明:各层岩土热导率和体积比热容对UDBHE传热性能均有一定影响,并且其影响均随着岩土层深度的增大而增大;随着时间的增加,岩土热导率造成的影响逐渐增大,而岩土体积比热容造成的影响基本不变。保持各层岩土热导率的加权平均值不变,岩土热导率非均匀性对传热性能有较大影响,并且较大的岩土热导率非均匀性程度将促进UDBHE传热性能,反之则抑制。同理,岩土体积比热容非均匀性也有一定影响,但其影响随时间变化很小。研究结果对UDBHE性能预测及优化提供重要的参考价值。
