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对井抽灌水源热泵地下承压含水层储能特性研究

作　者: 刘诗尧
导　师: 李素芬
学　校: 大连理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 对井抽灌 承压含水层 热突破 储能率
分类号: TK523
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


地下水源热泵系统是一种利用含水层作为储能载体,以地下水作为热量交换载体的既可供热又可以制冷的节能空调。用来储能的含水层主要集中在地下水流动相对平稳的承压含水层中。在储能过程当中,含水层受到地下水流动和传热的耦合影响,其温度场,压力场有较大的变化,进而对抽水温度和储能率造成影响,影响整个热泵系统的效率。因此,准确描述含水层的变化规律及储能特性,分析储能层温度和水头变化的影响因素可以为工程实际设计及应用提供可靠依据。本文针对对井抽灌水源热泵地下承压含水层,基于地下水动力模型,热力学模型,Darcy定律理论,利用FLOWHEAT多孔介质水热迁移模拟软件对对井抽灌系统地下承压含水层的储能特性进行模拟研究。首先,本文假定承压含水层水平等厚,认为地下水为饱和流,满足Darcy定律,对地下水的流动和传热进行了准确描述。基于该模型,对单井回灌和对井抽灌进行了比较,通过对比得出对井抽灌过程中出现的热突破现象使得储能场的温度和水头降深发生了变化,以致对整个储能率造成了影响。在对热突破发生时间进行解析后,分析了水文地质参数、井间距、热负荷、天然水力坡度对热突破的影响。结果表明,在水文地质参数中,渗透率对于热突破现象影响很小,但随着孔隙度和含水层厚度的减小,热突破现象逐渐恶化。从井对布置角度来看,井间距越大,越可以抑制热突破现象。考虑变化负荷时,大的抽水流量和大的抽回水温差会加快热突破进程,加大热突破影响；当负荷不变时,大温差小流量的运行方式可以减弱热突破现象。对于具有天然水力坡度的含水层,水力坡度越大,地下水的补给越快,热突破现象越不明显,但是考虑到对井抽灌过程的轮换方式,不宜将井对布置在与水力坡度平行的方向上。其次,引入储能率的概念,对于承压含水层的储能情况进行计算分析,分析不同因素对于储能率的影响情况。结合前文分析主要考虑对热突破影响较大的几个因素。结果表明：孔隙度的增大对于含水层整体温度的影响并不是很大,但是会使得储能率增大；较大的含水层厚度,较大的井间距以及较小的抽回水温差都会提高储能率；对于具有天然水力坡度的含水层,随着水力坡度的增大,储能率逐渐减小。接下来,对两种不同运行方式的系统含水层未来五年内的储能率进行了预测。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题的研究背景与意义  9-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 含水层储能的国内研究  12-15
    1.2.2 含水层储能的国外研究  15-17
  1.3 本文的主要研究内容  17-18
2 对井抽灌地下水源热泵含水层储能的数学模型  18-25
  2.1 含水层相关概述  18-20
    2.1.1 含水层  18
    2.1.2 相关水文地质参数  18-20
  2.2 地下水动力模型  20-21
  2.3 热力学模型  21-24
    2.3.1 热量运移模型  22-23
    2.3.2 相关扩展方程  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 对井抽灌系统地下含水层的模拟研究  25-43
  3.1 网格划分及及边界条件  25-27
    3.1.1 网格划分  25-26
    3.1.2 边界条件与初始条件  26-27
  3.2 含水层的储能过程模拟  27-31
    3.2.1 回灌井单独运行的储能过程  27-29
    3.2.2 抽灌双井同时运行的储能过程  29-31
  3.3 含水层储能中热突破影响因素分析  31-41
    3.3.1 热突破的概念  31-32
    3.3.2 热突破时间模型解析  32-33
    3.3.3 水文地质参数对热突破的影响  33-37
    3.3.4 井间距对热突破的影响  37-38
    3.3.5 热负荷对热突破的影响  38-40
    3.3.6 天然水力坡度对热突破的影响  40-41
  3.4 本章小结  41-43
4 储能率分析  43-70
  4.1 储能率的定义  43-44
  4.2 储能率的影响因素  44-54
    4.2.1 孔隙度对储能率的影响  44-46
    4.2.2 含水层厚度对储能率的影响  46-48
    4.2.3 井间距对储能率的影响  48-50
    4.2.4 抽回水温度对储能率的影响  50-52
    4.2.5 天然水力坡度对储能率的影响  52-54
  4.3 储能率的预测  54-68
    4.3.1 制冷-供热运行方式的模拟分析  54-61
    4.3.2 供热-制冷运行方式的模拟分析  61-68
  4.4 本章小结  68-70
结论  70-72
展望  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  76-77
致谢  77-78

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 特殊热能及其机械 > 地下热能、地下热能机械 > 地下热能机械和设备
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