地下水源熱泵系統多物理場耦合機理及其演化規律研究

《地下水源熱泵系統多物理場耦合機理及其演化規律研究》是依託浙大寧波理工學院，由賈惠艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地下水源熱泵系統多物理場耦合機理及其演化規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賈惠艷
• 依託單位：浙大寧波理工學院

項目摘要

本項目從地下水補給、運移和排泄的循環過程的基本規律出發，針對目前地下水源熱泵系統中各物理場實際變化過程的研究不足，採用現場監測、室內實驗、理論分析、物理探測和數值模擬等方法，開展對地下水源熱泵系統的滲流場、溫度場、應力場及化學場等耦合作用的綜合分析和數值模擬研究，探索地下水源熱泵運行條件下的滲流場、溫度場、化學場和應力場的相互作用機理和動力耦合過程，揭示地下水源熱泵系統多場耦合作用下各物理場的變化特徵和地下水環境的演化規律，為解決地下水源熱泵套用過程中出現的水文地質問題、回灌問題及運行效率低等問題奠定科學的理論基礎，從而為更好地開發利用地下水源熱泵提供科學的理論依據和技術支持。

結題摘要

本項目是在探究了地下水源熱泵推廣套用中發現的地質問題和水質問題基礎上，針對地下水源熱泵含水層系統各物理場耦合變化的研究不足，而開展對地下水源熱泵系統滲流場-溫度場-應力場-化學場等耦合作用進行綜合分析和數值模擬的研究。主要採用現場監測、室內實驗、理論分析、數值模擬等方法，對地下水源熱泵系統含水層的滲流場、溫度場、應力場及化學場的耦合關係和機理進行分析，建立了THMC四場耦合模型。在數值模擬的基礎上，分析了THMC四場耦合的作用和演化規律。 在分析示範區工程地質條件和水文地質條件的基礎上，通過分析試驗、測試手段獲得各物理場的相應參數和監測數據，初步獲得了THMC多場耦合關係和機理：在地下水源熱泵運行中，抽灌地下水使得含水層內熱效應、流體壓力與固體變形導致化學反應變化，熱效應、固體變形與化學反應導致流體流動性改變，熱效應、流體壓力與化學反應導致固體變形，流體壓力、固體變形與化學反應導致溫度場發生變化。根據THMC四場耦合機理，建立了THMC多場耦合的物理模型和數學模型。利用數值模擬的方法獲得了THMC四場耦合狀態下，滲流條件的改變對溫度場、化學場、應力場的影響及其演化規律。滲流速度不變的條件下，運行時間越長，對地下水溫度場影響範圍就越廣，而應力場和化學場在短時間內受影響很小。利用數值模擬的方法獲得了回灌井水溫度改變對滲流場、化學場、應力場的影響及其演化規律：通過一個月和四個月對比監測發現，地下水源熱泵運行周期的長短與地下含水層的滲流場分布基本沒有關係。改變地下水源熱泵回灌井水的溫度短時間內也很難影響到抽灌水井周圍的應力場和化學場分布。 通過多物理場耦合模擬分析，獲得了一抽一灌、兩灌、兩抽等不同布井模式下地下水源熱泵系統各物理場的演化規律。結合實際工程，獲得了一定地質條件下抽灌水井的最佳間距70～80m。 本項目的研究為解決地下水源熱泵套用過程中出現的水文地質問題、回灌問題及運行效率低等問題奠定了科學的理論基礎，從而為更好地推廣套用地下水源熱泵提供了科學的理論依據和技術支持。