北京平原区地下水源热泵数值模拟研究

论文摘要

地下水源热泵空调技术作为一种具有绿色环保、高效节能、运行成本低、可持续利用等特点的新型的采能技术,在国内外已经得到了广泛应用。本文应用FEFLOW5.4有限元模拟软件,针对北京平原区地下水源热泵适宜区,较适宜区及一般适宜区分别建立潜水和承压水两种类型的含水层采能数值模拟模型。研究对井及多井系统下,水文地质参数、井结构参数、抽灌量、回灌温差和地下水天然流场等因素对地温场的影响。潜水含水层模拟结果表明:考虑地层与大气热交换能更好的刻画含水层温度在垂向上的分布;考虑大气降雨补给,地下水源热泵系统在制冷期内,含水层温度场随地下水位的上升有上移趋势;由于潜水区内天然地下水流场活跃,热泵回灌水形成的温度场分布形状受天然水动力场影响较大,但天然地下水流场的存在有利于提高系统采能效率。承压含水层模拟结果表明:含水层温度场分布主要受系统抽灌量及回灌温差影响,温度场主要以回灌井为中心呈圆形分布;增加抽灌量和缩小井间距都会导致抽水井温度变幅增大;“小温差,大流量”系统温度影响半径比“大温差,小流量”系统影响半径大;当采用异层回灌时,抽水井温度受影响较小。基于对潜水和承压含水层中地下水源热泵系统井间距和温度场影响半径的模拟研究,并与地下水源热泵温度场影响半径经验公式计算结果对比,确定潜水含水层及承压含水层地下水源热泵系统的合理井间距和影响半径。进而,利用地下水量折算法计算利用温差为5℃时,北京平原区埋深100m内浅层地温能的冬季(或夏季)运行120天的可开采资源量为4.47×1010kw。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题目的与意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 地下含水层储能系统
• 1.2.2 地下含水层采能对温度场的影响
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 2 研究区域概况
• 2.1 工作区自然地理
• 2.2 气象、水文
• 2.2.1 气象
• 2.2.2 水文
• 2.3 平原区第四系空间结构和含水层分布规律
• 2.3.1 单一结构区
• 2.3.2 多层结构区
• 2.4 含水层赋水特征及动态变化
• 2.4.1 含水层赋水特征
• 2.4.2 地下水循环特征
• 2.4.3 地下水动态与均衡
• 2.5 小结
• 3 地下水源热泵系统温度场模拟研究
• 3.1 选用软件及数学模型
• 3.1.1 FEFLOW 简介
• 3.1.2 数学模型
• 3.2 典型地质区域选择及参数选择
• 3.2.1 模拟区域选择
• 3.2.2 参数选择
• 3.3 地下水源热泵适宜区数值模拟
• 3.3.1 水文地质概念模型
• 3.3.2 模型网格剖分
• 3.3.3 初始条件及边界条件
• 3.3.4 模拟结果分析
• 3.4 地下水源热泵较适宜区数值模拟
• 3.4.1 水文地质概念模型
• 3.4.2 模型网格剖分
• 3.4.3 模拟假设
• 3.4.4 模型概化及边界条件
• 3.4.5 模拟结果分析
• 3.5 地下水源热泵一般适宜区数值模拟
• 3.5.1 水文地质概念模型
• 3.5.2 模型网格剖分
• 3.5.3 模拟假设
• 3.5.4 模型概化及边界条件
• 3.5.5 模拟结果分析
• 3.6 小结
• 4 模型模拟应用
• 4.1 合理井间距设计
• 4.1.1 热平衡法计算井间距
• 4.1.2 经验公式法计算井间距
• 4.2 模拟区域浅层地温能可开采资源量计算
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 计算参数获取
• 4.2.3 水源热泵适宜区浅层地温能可开采量计算
• 4.2.4 较适宜区开采资源量计算
• 4.2.5 一般适宜区开采资源量计算
• 4.3 小结
• 5 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介