0 引言
Fig. 1 Schematic diagram of medium-deep coaxial borehole heat exchanger图1 中深层同轴换热器示意图 |
1 数值模拟
1.1 换热器传热分析
Fig. 2 Modeling and meshing图2 模型建立和网格划分 |
1.2 模型建立
Table 1 Model parameters of medium-deep coaxial borehole heat exchanger表1 中深层同轴换热器模型参数 |
参数 | 数值 |
---|---|
井径 | 215.9 mm |
内管内径 | 42.7 mm |
内管外径 | 55 mm |
外管外径 | 88.9 mm |
外管内径 | 80.9 mm |
充填料厚度 | 19.05 mm |
内管热导率 | 0.1 W/(m∙K) |
外管热导率 | 30 W/(m∙K) |
流体热导率 | 0.59 W/(m∙K) |
流体体积比热 | 4.19 × 106 J/(m3∙K) |
砂泥岩热导率 | 2.2 W/(m∙K) |
砂泥岩体积比热 | 1.7 × 106 J/(m3∙K) |
白云岩热导率 | 2.8 W/(m∙K) |
白云岩体积比热 | 2.3 × 106 J/(m3∙K) |
Table 2 Thermal conductivity of several backfill materials表2 几种充填材料的热导率 |
充填材料 | 热导率 / [W/(m∙K)] |
---|---|
水泥 | 0.80 |
水泥-膨润土 | 1.20 |
细砂-膨润土 | 1.50 |
沙土 | 1.35 |
水 | 0.59 |
1.2 模型检验与验证
Fig. 3 Comparison between experimental and numerical results of annulus fluid temperature图3 环空流体温度试验与数值结果对比 |
1.3 初始和边界条件
2 结果与讨论
2.1 热阻影响分析
Fig. 4 Effect of different materials on thermal resistance图4 不同材料的热阻影响 |
2.2 出口流体温度演化特征
Fig. 5 Evolution of outlet temperature with time under short-term operation图5 短期运行下出口温度随时间演化 |
Fig. 6 Evolution of outlet temperature with time under long-term operation图6 长期运行下出口温度随时间演化 |
2.3 环空流体温度深度演化特征
Fig. 7 Depth distribution of annulus fluid temperature after short-term operation图7 短期运行后环空流体温度深度分布 |
2.4 井底岩土体温度演化
Fig. 8 Evolution of rock-soil temperature with time under short-term operation图8 短期运行下岩土体温度随时间演化 |
Fig. 9 Evolution of rock-soil temperature with time under long-term operation图9 长期运行下岩土体温度随时间演化 |
2.5 换热器影响半径分析
Fig. 10 Impact radius of different depths under short-term operation图10 短期运行下不同深度的影响半径 |
Fig. 11 Impact radius of different backfill materials under long-term operation图11 长期运行下不同充填材料的影响半径 |