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扭曲管同轴套管换热器强化传热和流阻特性 被引量:3
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作者 尹应德 农雅善 +1 位作者 李远羽 刘世杰 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期3528-3535,共8页
开发一种新型扭曲管同轴套管换热器,对其传热和流动特性进行实验测试,并拟合管程及壳程的Nusselt数(Nu)和摩擦因子(f)关联式。实验结果表明:随着流速的增大,总传热系数和流阻升高。在测试范围内(0.1~1.5 m/s),总传热系数增幅约为34%,管... 开发一种新型扭曲管同轴套管换热器,对其传热和流动特性进行实验测试,并拟合管程及壳程的Nusselt数(Nu)和摩擦因子(f)关联式。实验结果表明:随着流速的增大,总传热系数和流阻升高。在测试范围内(0.1~1.5 m/s),总传热系数增幅约为34%,管程流阻从37 Pa升高约120倍至6033 Pa,壳程流阻从361 Pa升高至130761 Pa。当1000<Re≤10000时,扭曲管同轴套管换热器综合评价因子(η)>1,最高为2.3;当10000<Re<30000时,η<1。在管程流速为0.1~0.5 m/s、壳程流速为0.1~0.4 m/s的范围内,扭曲管同轴套管换热器的整体综合性能最佳,说明扭曲管同轴套管换热器适用于小型制冷空调设备,适合Reynolds数较低的应用场景。 展开更多
关键词 传热 层流 湍流 流动阻力 同轴套管换热器
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关中地区中深层同轴套管换热器换热能力及提升措施研究 被引量:5
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作者 张杰 王贵洋 王鹏涛 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期54-63,共10页
同轴套管换热器是实现中深层地热能井下高效取热技术之一,其换热能力对地热系统的可持续开发至关重要。以关中地区为例,考虑地层不均匀性建立中深层地热井同轴套管传热计算模型,研究注入温度、注入流量、埋管深度等因素对其取热性能的影... 同轴套管换热器是实现中深层地热能井下高效取热技术之一,其换热能力对地热系统的可持续开发至关重要。以关中地区为例,考虑地层不均匀性建立中深层地热井同轴套管传热计算模型,研究注入温度、注入流量、埋管深度等因素对其取热性能的影响,探讨间歇开采工况下注入温度和注入流量对热储层温度恢复的影响。结果表明:随着注入流量增加,出口流体温度下降,但整个系统的取热功率提高;当注入温度较高时,可有效提高出口流体温度,但系统取热功率降幅较大;随着地层深度增加,出口流体温度和取热功率逐渐上升;减小内管管径,增加外管管径,可有效提高出口流体温度和取热功率;热储层温度恢复能力随注入流量和注入温度的升高而提高;通过降低内管导热系数或选用双内管结构可以降低内管流体沿程温度损失,提高系统的出口流体温度。 展开更多
关键词 中深层地热井 同轴套管换热器 取热功率 间歇开采 热储层温度恢复
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地下渗流场对中深层水平井同轴套管取热性能的影响 被引量:2
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作者 张杰 王贵洋 +1 位作者 尹文锋 汪浩瀚 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期526-532,共7页
为提高中深层地热井取热效率,设计了一种水平井同轴套管换热器,考虑地下渗流场作用,研究了渗流速度、渗流方向、水平段长度等因素对水平井同轴套管换热器取热性能的影响。结果表明:水平井同轴套管换热器的出口温度和取热功率比传统垂直... 为提高中深层地热井取热效率,设计了一种水平井同轴套管换热器,考虑地下渗流场作用,研究了渗流速度、渗流方向、水平段长度等因素对水平井同轴套管换热器取热性能的影响。结果表明:水平井同轴套管换热器的出口温度和取热功率比传统垂直井同轴套管换热器提高了12.6%和42.9%;间歇开采工况下取热系统的出口温度降幅较小,且地层温度恢复更好;当含水层的渗流速度大于5×10^(-8)m/s时,系统出口温度高于无含水层,渗流速度过低不利于地热井取热;渗流方向垂直于水平段,对系统取热性能的提升效果强于与水平段同向工况;适量增加注入流量、降低注入温度、增加水平段长度,可有效提高地热井取热量。 展开更多
关键词 水平地热井 同轴套管换热器 取热效率 出口温度 地下渗流
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雄安新区地热井同轴套管闭式循环取热技术研究 被引量:21
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作者 宋先知 张逸群 +4 位作者 李根生 李瑞霞 于超 李敬彬 郭啸峰 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期971-981,共11页
地热能是一种含量丰富、成本相对低廉且分布广泛的可再生能源.雄安新区地热储量丰富,亟需高效取热的技术.地热井同轴套管闭式循环取热技术是一种适用于中深层地热、兼具换热效率高和“取热不取水”等优点的新型地热开发模式.单井同轴套... 地热能是一种含量丰富、成本相对低廉且分布广泛的可再生能源.雄安新区地热储量丰富,亟需高效取热的技术.地热井同轴套管闭式循环取热技术是一种适用于中深层地热、兼具换热效率高和“取热不取水”等优点的新型地热开发模式.单井同轴套管闭式换热系统由钻入地热地层中的垂直井以及井筒中呈同轴位置关系的中心管组成.在此系统中,循环工质从地面通过高压泵被注入环空,通过热对流和热传导从井壁提取热量,然后通过中心管返回地面流经热交换器被利用.本文针对雄安新区地热储层,首先完成同轴套管保温结构、高导热水泥的设计与研发;然后根据设计结果,对地热储层最大产能、井下换热系统取热效率及关键参数的影响规律进行了数值模拟研究;最后在研究基础上,开展同轴套管闭式循环取热技术的现场试验,完成针对中低温地热资源的同轴套管闭式循环取热技术研究及分析,并基于现场情况对不同热储条件和保温结构进行了经济性分析.研究结果表明,地热井同轴套管闭式循环取热技术可以满足对中深层地热能的开发需求,设计的保温结构和高导热水泥对取热供热有积极作用,形成了包括井身结构设计、保温结构设计、井下高效取热装置开发等在内的地热井高效取热完整技术体系. 展开更多
关键词 地热能 同轴套管换热器 保温结构 数值模拟 现场试验 可行性分析
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关闭/废弃矿井井筒蓄热特性多物理场耦合研究
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作者 张国庆 刘展 +3 位作者 褚召祥 郗富瑞 杨利亚 何鹏 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期149-161,共13页
对关闭/废弃矿井遗留设施及空间进行重构改造实现矿山地质能源再生利用是实现“双碳”目标的有效方式。为探究关废矿山竖井储热的技术可行性,提出一种基于同轴套管式换热器的井筒循环蓄水储热方案。首先,构建了矿井水−岩土非稳态流固耦... 对关闭/废弃矿井遗留设施及空间进行重构改造实现矿山地质能源再生利用是实现“双碳”目标的有效方式。为探究关废矿山竖井储热的技术可行性,提出一种基于同轴套管式换热器的井筒循环蓄水储热方案。首先,构建了矿井水−岩土非稳态流固耦合传热数学模型,以徐州卧牛山煤矿副井(井深200 m)为研究对象开展井筒蓄热特性数值模拟,通过与3组试验数据对比,验证模型的适用性;其次,分别针对自然冷却工况下的矿井水保温性能和蓄热模式下的运行特性进行数值模拟,开展参数敏感性分析。结果表明:在快速蓄热后进入自然冷却阶段时,井筒矿井水的热损失呈二阶指数衰减特性,集中于蓄热后的10 d内,此期间热量损失占100 d累计热损失的29.73%;高地温梯度(≥0.03 k/m)能起到抑制自然对流换热和深层矿井水散热的作用,有利于井筒深部矿井水的保温;井筒长径比与矿井水热损失大小在短期内正相关,但长径比较大的井筒矿井水长期储存后的平均温度较高,也更利于蓄热后供暖季的地热回收利用,综合分析后建议矿井井筒储热长径比范围为30~50。蓄热模式下,提高注入流量能够在短期内迅速加热矿井水至所需温度,但破坏了矿井水温度分层结构,导致储热效率显著降低;增加上游热源温度会导致轴向水温梯度和储热效率提升、热损失降低,故蓄热性能相对更优。此外,在井壁不采取保温措施的情况下,对于太阳能跨季节井筒矿井水蓄热系统,建议蓄水容积与集热面积比Rv取2.5~3.0 m^(3)/m^(2),以保证矿井水温度达到长期供暖要求。 展开更多
关键词 废弃矿井 同轴套管换热器 储热 地温梯度 长径比
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不同油田废弃井型转地热开发规律与参数
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作者 石宇 彭俊岚 +3 位作者 孙文超 张宏源 刘斌 李冰 《华南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第4期27-38,共12页
为解决传统地下热水直接利用方式存在的潜在地质灾害和环境污染等问题,提出了一种“取热不取水”的、以同轴套管换热系统为关键系统的新型地热开发方式,建立了直井与多分支井同轴套管闭式换热系统数值模型,对比分析取热效果并开展了参... 为解决传统地下热水直接利用方式存在的潜在地质灾害和环境污染等问题,提出了一种“取热不取水”的、以同轴套管换热系统为关键系统的新型地热开发方式,建立了直井与多分支井同轴套管闭式换热系统数值模型,对比分析取热效果并开展了参数敏感性分析。结果表明:相同条件下,多分支井系统较直井系统具有更高的出口温度和取热功率,但导致注入压力显著上升。两种井型对于各参数的响应基本一致,仅程度不同,其中注入温度、流量、保温管长度、地层和水泥导热系数会显著影响系统的取热效果。该结果对深层地热开采的井型选择具有指导意义。 展开更多
关键词 地热能 同轴套管换热器 多分支井 数值模拟
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中深层地埋管热泵系统供暖源侧参数设计方法
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作者 李锦堂 李骥 +3 位作者 张广秋 孙宗宇 朱超 孔维政 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1-13,共13页
依赖于既有工程经验数据或地埋管换热能力短期测试结果,采用粗放式方法进行中深层地埋管热泵系统源侧设计,导致地埋管系统容量配置不合理,影响热泵系统供暖的可靠性与经济性。为改善地埋管系统设计现状,采用动态仿真手段,同时虑及设计... 依赖于既有工程经验数据或地埋管换热能力短期测试结果,采用粗放式方法进行中深层地埋管热泵系统源侧设计,导致地埋管系统容量配置不合理,影响热泵系统供暖的可靠性与经济性。为改善地埋管系统设计现状,采用动态仿真手段,同时虑及设计负荷、累计负荷、负荷逐时分布规律,分析长时间维度中深层地埋管地热资源非稳态特性和岩土温度自恢复特性,提出基于地下岩土“终态年度周期性冷热平衡”状态来确定地源侧设计供回水温度,进一步以地源侧全生命期年均成本最低进行最优化计算来确定源侧设计流量的设计方法,并将其应用于某工程项目,实现了地源侧参数的设计优化。 展开更多
关键词 地热能 中深层同轴套管式地埋管换热 长期换热性能 年度完全可再生状态 动态仿真
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