《單井循環地下換熱系統多流態流動和傳熱耦合機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由倪龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單井循環地下換熱系統多流態流動和傳熱耦合機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：倪龍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單井循環地下換熱系統雖在多國套用，但由於熱源井結構的特殊性，現有研究嚴重不足，對其地下水的流動和傳熱機理認識不清。本項目首先將單井循環地下換熱系統地下水的流動歸結為多流態流動，以流體力學和地下水動力學為理論基礎，整合管道流動、可滲透管道流動、層流滲流和紊流滲流，建立地下水多流態流動的統一數學模型；而後結合多孔介質傳熱學理論，建立該系統傳熱數學模型，並在模型中完整考慮熱彌散效應和非等溫滲流。搭建砂箱試驗台，通過可控的實驗室研究，物理模擬三種熱源井；同時對已開展的現場試驗進行改造、深化，在複雜的時空條件下，研究該系統的運行規律。通過將傳統暖通空調、水文地質、工程熱物理等學科有效地交叉融合，運用多學科相關理論，深刻認識這種複雜時空條件下地下水多流態流動和傳熱的耦合機理，以求把握系統的運行規律，釐清適用的地質條件，更好地挖掘單井循環地下換熱系統的節能減排潛力。
結題摘要
單井循環地下換熱系統雖在多國套用，但由於熱源井結構的特殊性，現有研究嚴重不足，對其地下水的流動和傳熱機理認識不清。項目計畫書制定的研究內容包括四項：(1) 單井循環地下換熱系統地下水多流態流動和換熱耦合模型的建立；(2) 單井循環地下換熱系統的物理模擬研究；(3) 單井循環地下換熱系統的現場試驗研究和(4)單井循環地下換熱系統熱源井運行規律的研究。項目預期發表高水平論文3篇以上，力爭SCI、EI檢索2篇以上；培養研究生2名。項目執行期間完全包含了預定研究內容，達到了預期目標。經過三年的研究，本項目完成的研究內容有7項：(1) 改造填礫同井的現場試驗，完成了現場試驗研究；(2) 分析含水層、回填礫石區、井孔、井管內的流動狀態、運動控制方程，依靠流體力學、地下水動力學和多孔介質傳熱學理論，引入滲流-管流耦合模型，建立了單井循環地下換熱系統地下水多流態流動和傳熱的統一數學模型；(3) 單一介質承壓含水層抽灌同井的地下水降深理論解析；(4) 單井循環地下換熱系統的物理模擬砂箱實驗台的建立及實驗研究；(5) 通過算例逐一分析了影響單井循環地下換熱系統熱源井地下水流動和換熱的因素，得到了單井循環地下換熱系統熱源井運行規律；(6) 帶輔助熱源的地源熱泵設計負荷比分析研究，給出了一部分系統設計方法；(7) 研究能增強單井循環地下換熱系統健康運行能力的新系統，提出了單、雙井混合系統和一種流量多級調節的地下水源熱泵熱源井。目前，項目在國內外學術刊物上發表論文8篇，其中SCI收錄1篇、EI檢索2篇、EI源刊3篇；獲得發明專利授權1項；培養研究生3名，其中碩士研究生2名，均已畢業；博士研究生1名，預期2014年7月畢業。本項目的研究將傳統暖通空調、水文地質、工程熱物理等學科有效地交叉融合，運用多學科相關理論，深刻認識這種複雜時空條件下地下水多流態流動和傳熱的耦合機理，把握系統的運行規律，釐清適用的地質條件，為更好地挖掘單井循環地下換熱系統的節能減排潛力提供了堅實基礎。
