地下水源热泵抽灌系统优化布置

为研究地下水源热泵系统抽灌井的合理布置形式,避免在抽水及回灌过程中发生热贯通,进行抽水与回灌试验取得涌水量、回灌率及含水层渗透系数等,以三维地下水渗流和地下多孔介质传热为基本理论,建立地下水源热泵抽灌系统的三维模型,模拟不同抽灌井布置条件下地温场及抽水井温度的变化情况,依据热贯通发生的时间和程度,选取抽灌井的最优布置形式,结果表明,在运行期内抽灌井采用直线型布置时,抽水井温度升高最少,热贯通发生时间最晚,抽灌井间距以取48m为宜。     

基于遗传算法的水源热泵系统抽灌量优化配置

抽灌井设计是水源热泵系统设计中的关键环节之一,但目前对抽水量和回灌量的配置仍依据经验而行,导致运行成本较高。针对该问题,本文利用抽水和回灌现场试验资料,根据抽水井和回灌井的实际布局情况,建立了不同抽灌模式下水源热泵系统运行能耗最小的数学模型,利用遗传算法求解数学模型以实现抽灌量的优化配置。研究表明:水源热泵系统抽灌井施工完毕后,可根据水文地质条件及管道布局情况来优化配置其抽灌量,以实现低能耗运行;遗传算法具有适应性强、全局优化能力高和参数拾取方便的优点,可用于水源热泵系统抽灌量的合理调配;优化确定的以井5为抽水井、井1和井2及井4为日常回灌井、井3为备用回灌井,井5抽水量为90 m~3/h,井1、井2、井4回灌量分别为42.5 m~3/h、33.4 m~3/h、14.1 m~3/h,为生产中科学快速调度抽灌模式提供了依据。     

福州市地下水源热泵抽水回灌试验研究

地下水源热泵是一种新型的节能环保空调技术,在城市浅层地温能开发利用中发挥着巨大作用。福州市地下水资源丰富,地下水源热泵系统使用前景广泛。本文通过对福州市水文地质条件的分析,初步确定了福州盆地平原区为地下水源热泵应用的适宜区及较适宜区,通过在这些地区开展的现场抽水、回灌试验,确定福州市不同岩性含水层的回灌能力、抽灌井数量比例及井间距的设计参数,为福州市浅层地温能的开发、水源热泵技术的合理应用提供科学依据。     

基于ABAQUS的立井降水数值模拟

立井降水在立井施工中起着重要的作用,在分析疏干半径大小、抽水井井深对立井周围降水影响,抽水井抽水速度对立井周围渗流场影响,回灌井井圈半径及其井深对渗流场和应力场影响等的基础上,针对某实例立井降水工程运用ABAQUS进行建模分析,给出了抽水井与回灌井的分布和几何参数、抽水速度、降水的时间历程以及地面沉降分布,为工程实施提供了参考。     

地下水源热泵抽灌井群优化布置

为提高地下水源热泵效率,避免在回灌与抽水过程中发生热贯通,研究地下水源热泵系统井群的合理布置形式。基于COMSOL Multiphysics软件,建立地下水源热泵抽灌系统的三维模型,模拟抽灌井在对齐型、交错型和叉排型3种不同布置形式以及不同井距下抽水井水温变化情况,根据热贯通发生的程度,选取井群布置的最优形式。结果表明:无论井距如何变化,中心井温度变化始终最大且最明显,即所受热贯通影响最大;在相同的布置形式下,抽灌井之间距离越大,抽水井水温变化幅度越小,发生热贯通的程度越轻;在系统运行期间抽灌井采用对齐型布置方式时,热贯通发生时间最晚且影响最小,且井距取100 m时在2种工况下4号井水温变化均为0.03 K,5号井分别升高0.07 K和降低0.06 K,6号井则分别升高0.02 K和降低0.03 K,故采用100 m为宜。     

基于渗滤取水工艺作为热泵水源可行性研究——以北票白石渗滤水厂为例

根据对北票白石渗滤水厂2014—2015年集水管井水位、水温监测数据,研究渗滤取水工艺是否可作为热泵水源,再采用FEFLOW数值模拟,确定渗流取水工艺渗流场、温度场对环境的影响,并就影响程度与传统水源热泵进行对比。结果表明:渗滤取水水位、水量均能满足热泵水源要求;用渗滤取水作为水源与传统水源热泵相比,对生态环境的破坏更小,且无需进行地下水回灌,是一种较之传统水源热泵更加经济环保的运用方法。     

对井含水层储能系统渗流场模拟

对井含水层储能系统是一项新的将热泵系统和地下含水层储能技术相结合的节能环保技术,是当今世界缓解能源短缺的有效方法之一。准确预测水源热泵工程周围渗流场的分布特点及变化规律对储能效果影响很大。分析了地下含水层储能的一般特点,基于地下水水流运移的基本原理,建立了地下水渗流数值模型。在此基础上对沈阳某地下水源热泵工程进行渗流场数值模拟,分析了水源热泵运行过程中地下含水层储能系统的渗流特点。     

地下水源热泵系统THM耦合机理及模型建立

在分析了地下水源热泵运行中两低问题的基础上,发现导致两低问题的最根本原因是对地下水源热泵系统的基础地质问题和水文地质问题等基础研究的不足,进而提出了进行含水层THM三场耦合分析的观点。然后运用机理分析法分析了地下水源热泵系统中不同物理场的耦合机理,确定了渗流场、热力场和应力场等三场耦合关系图,建立了渗流场、热力场和应力场控制的耦合方程,从而建立了THM三场耦合数学模型。     

沈阳市地下水源热泵应用中存在的问题与对策

介绍地下水源热泵技术原理及其特点,分析沈阳地区气候、地下水条件,以及沈阳地区地下水源热泵技术应用的现状和存在的问题,提出解决问题的对策:完善相应的标准和法律法规;建立统一的管理体系及有效的激励机制;确定取水井与回灌井的合理比例(一般为1∶2～1∶3);确定取水井与回灌井的合适间距(以40～80m为宜);加强相关信息的动态监测工作。     

地下水源热泵含水层热量运移数值模拟

应用数值模拟方法对地下水源热泵采能条件下地温场的演化及含水层贮能效率进行了研究.以某水源热泵工程为例,通过对渗流影响区的温度输运方程、地下水渗流方程的耦合求解,得出了温度场分布,分析了不同工况下的地下含水层温度变化,并计算了含水层的热存储效率.结果表明:温度场中等温线的变化趋势可反映出贮能含水层因贮能水抽取和回灌温度不同导致的温度场的变化.     

砂槽模拟浅源热泵的合理井间距及布局优化——以枫林九溪为例

针对西安市地下水源热泵抽灌井群的设计未形成一定的标准和规范,以西安国际港务区迎宾大道高新地产枫林九溪地下水源热泵系统为例,通过建立室内物理砂槽模型,模拟地下水源热泵的实际运行过程,利用温度传感器监测在模拟运行过程中砂槽内部温度随流量和井间距变化而产生的变化。结果表明:砂槽模型下的模拟距离与现实中安全距离基本一致,验证了砂槽模型的可行性和可靠性;同等条件下"直线异侧布局"和"三角布局"较"直线同侧布局"和"扇形布局"更不容易发生热突破。     

水源热泵影响下地下水温度主控因素关联度分析

为研究地下水源热泵长期影响下,地下水温度主控因素的变化特征,选择安阳市第五人民医院为研究区,将地下水温度作为典型的灰色系统进行研究,采用灰色关联度的计算方法进行地下水温度、地下水位埋深、气温、降水量以及回水井水温之间的关联度分析,获取地下水温变化的主控因素。研究结果表明:在不受水源热泵影响时,地下水位埋深是地下水温度的主控因素。在水源热泵影响下,地下水温受气温、降水量、地下水位埋深和回水井水温的共同影响:在垂向上,回水井水温对监测井水温的影响程度随着深度的增大而逐渐降低,地下水温度的主控因素由回水井水温转变为地下水位埋深,在水平方向上,回水井水温对监测井水温的影响程度随着距离的增大而逐渐减小,地下水温度的主控因素由回水井水温转变为气温和地下水位埋深。     

双井抽灌处理地下水污染的回收率理论公式

采用抽出处理法修复地下水污染场地需要有一定的回收率,以达到充分净化的目标。当地下水存在侧向径流时,抽出处理法的回收率不一定能够达到100%。对于"一抽一灌"双井单元,井孔扰动下的地下水稳定流场可分为内循环区、外循环区和非循环区,某些情况下内循环区或外循环区不存在。由内循环区的水动力学特性得到回收率的理论公式和变化曲线。回收率取决于地下水侧向径流的方向和相对强度,随抽水流量的增大而增加。回收率公式可用于抽出处理法的井孔设计,地下水污染物的目标去除率越高,所需要的回收率越大。针对北京某试验场,应用该方法进行了回收率优化评估。     

ANALYSIS OF SEEPAGE FLOW IN A CONFINED AQUIFER WITH A STANDING COLUMN WELL

The standing column well for ground source heat pump systems is a promising technology with high efficiency and environmental benefit, where groundwater is drawn from the bottom of a well and then re-injected to its top after transferring heat with heat pumps. Heat transfer analysis of great significance and aquifer involves complex problems. Determining the groundwater seepage flow is a precondition to solve the energy equation describing the heat transfer of the system. Only when piezometric head is obtained, the seepage velocity can be determined according to Darcy’s law. In this article the groundwater seepage flow in an axial symmetrical geometry was studied under the assumption that gross groundwater flow is neglected. An analytical solution of the groundwater seepage flow for a confined aquifer was acquired by using the integral transform method, which may provide a foundation for heat transfer analysis of the standing column well system.     

基于地下水压采目标的 地下水源热泵系统井群调控方案

以安阳市某地下水源热泵系统为研究对象, 采用水均衡法预测压采量上升后安阳市地下水水位变化趋势, 并构建研究区地下水位变化条件下的井群抽回灌地下水水2热耦合模型, 将不同井群布局方案对地下水流场与温度场的影响进行量化, 同时采用优化理论建立井群调控模型对井群布局方案进行优选。研究结果表明: 压采量为 3 000 万 m3 时, 地下水位将上升 5.7 m, 此时抽水井相间的直线布局方案的综合效益最大; 当压采量上升至 5 000 万 m3 时, 地下水位将上升 8.4 m, 此时抽水井异侧的矩形布局方案的综合效益最大。     

基于数值模拟的某临河工业固体废物渣场地下水污染控制研究

简易渣场无规范环保措施,是地下水和土壤的重要污染源。针对简易渣场,以彻底清除污染源和重新规范渣场建设为优先方案,但确无条件实施上述方案时,一些地方也采用封场配套物理阻隔和抽出-处理等措施,最大程度控制和缓解渣场对周边地下水环境的影响。以某临河工业渣场为例,建立了就地封场、就地封场联合水动力阻隔、就地封场联合防渗帷幕及抽出-处理方案的Modflow模型,模拟了各方案的控制效果。结果表明:封场虽可较快恢复渣场区地下水质量,但并未从根本上消除污染物;封场基础上在临河侧设置抽水量170 m~3/d的水井1口亦有较好的控制效果,但存在运行管理困难的问题;封场基础上联合帷幕注浆及抽出-处理,相对有一定优势,但运行管理仍有一定难度。因此,若条件允许,最好的方案仍是彻底清除污染源或重新规范渣场建设。     

Visual Modflow在海勃湾水库环境地质评价中的应用

平原区水库蓄水后,绕坝渗流改变了大坝下游地下水的补排关系,会引起大坝上下游一定范围内的地下水位抬升,对紧邻坝区的居民建筑物产生影响。以海勃湾水库为例,利用Visual Modflow建立海勃湾城区三维地质模型,并对模型中的地质参数和模型的边界范围进行反演,反演结果表明地质参数和模型边界识别合理。利用该数值模型模拟海勃湾水库蓄水后近坝区地下水渗流场,为评价水库建成后地下水位抬升对近坝区的影响提供依据,分析水库环境地质问题影响范围,进而科学指导海勃湾滨库区的规划布局。     

地下水源热泵回灌过程颗粒迁移-脱离模型及堵塞区判定

开展多孔介质中悬浮颗粒的迁移-脱离过程研究对地下水回灌工程、注浆工程和石油工程等具有重要意义。以地下水源热泵工程为依托,提出了描述颗粒迁移-脱离过程的波浪状曲面模型,研究不同的粒径组合以及不同压力对多孔介质中颗粒迁移以及脱离特性的影响。在此基础上,采用Comsol对典型地下水源热泵工程进行模拟,揭示了不同粒径及压力分布条件下回灌堵塞区分布规律。结果表明:在相同颗粒粒径组合(相同临界速度)下,压力越大,可以脱离的悬浮颗粒的范围越大;在相同压力下,临界速度越大,可以脱离的悬浮颗粒的范围越小;其他条件相同时,位置离抽水井和回灌水井越近,压力越大,渗流速度越大,悬浮颗粒越容易脱离。