水源熱泵地下含水層溫度場的研究.pdf

1、近年來，地下水源熱泵技術(shù)在建筑空調(diào)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。作為影響熱泵機(jī)組的效率和水源熱泵工程持續(xù)利用壽命的關(guān)鍵因素，地下水集中采灌區(qū)溫度場不僅與地質(zhì)條件有關(guān)，而且與水源熱泵的工程設(shè)計與運(yùn)行控制模式和參數(shù)等有關(guān)。 本文工作的主要目的是通過數(shù)值模擬的方法研究單(對)井系統(tǒng)各參數(shù)對含水層溫度場的影響。本文完成的主要工作和得到的主要結(jié)論包括： 1.應(yīng)用地下水滲流和熱傳遞的基礎(chǔ)理論，建立了地下水流動和熱貫通所需時間對含水層溫度場影

2、響的數(shù)學(xué)模型?；谶@兩個模型分別討論了不同地下水流速條件下熱傳導(dǎo)和熱對流對地溫場的影響；分析了地下水抽、灌過程中生產(chǎn)井發(fā)生熱貫通所需時間與相關(guān)影響因素間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，得出如下結(jié)論： (1)當(dāng)?shù)叵滤牧魉俅笥?×10-7m/s時，基本可以忽略熱傳導(dǎo)作用。 (2)發(fā)生熱貫通的時間與初始距離r0的二次方成正比，與含水層厚度h成正比，與開采量Q成反比。 2.建立了承壓含水層中熱量運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用FlowHeat

3、有限差分模擬軟件，對單井抽灌模式下水文地質(zhì)參數(shù)、井結(jié)構(gòu)參數(shù)和抽灌量等因素對承壓含水層溫度場的影響進(jìn)行了量化模擬，模擬研究結(jié)果表明： (1)當(dāng)含水層供水、回灌能力均能滿足工程的單井水量設(shè)計要求時，幾種典型含水層介質(zhì)的滲透率和孔隙度的差異對抽水段溫度的影響不大，隨著滲透比的升高，抽水溫度的變幅不斷減小。 (2)在其它條件不變時，隨著含水層的厚度的增大、抽灌量的減小、抽水段與回灌段過濾器間距的增加，抽水段的溫度變幅呈不同程度的

4、減小趨勢。 (3)當(dāng)抽、灌段之間存在一弱透水層時，弱透水層越厚、滲透率越低，抽水段溫度變幅越小。 (4)當(dāng)含水層厚度一定時，抽、灌段過濾器長度的增加以及過濾器間距的縮小，抽水段溫度變幅不斷增加。 3.結(jié)合單井回灌系統(tǒng)模擬的結(jié)果，對對井采能模式進(jìn)行了模擬研究，研究結(jié)果表明： (1)采用抽灌井季節(jié)性交替運(yùn)行模式有利于提高地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的功效并節(jié)省泵的功耗，研究表明采用抽灌井季節(jié)性交替運(yùn)行模式泵的功耗大約

5、可節(jié)省50％以上。 (2)隨著含水層厚度、井對距離、和抽、灌井過濾器長度的增加，抽水井的溫度變幅呈減小趨勢。 (3)隨著含水層介質(zhì)滲透比和地下水抽灌量的增大，會導(dǎo)致抽水井的溫度變幅增大。 4.基于單井和對井模式的模擬研究，對單井回灌含水層厚度與采能負(fù)荷匹配和對井回灌井對間距與采能負(fù)荷匹配問題進(jìn)行了定量研究。對于單井系統(tǒng)，擬合出不同采能負(fù)荷條件下，含水層厚度與抽水溫度差的關(guān)系式，進(jìn)而得到相應(yīng)負(fù)荷下不產(chǎn)生熱貫通的最小