ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
DOI:
https://doi.org/10.14529/power250208Ключевые слова:
геотермальная энергия, геотермальный теплообменник, математическое моделирование, теплопритоки, возобновляемые виды энергии, энергетические системыАннотация
Проведено исследование интенсификации теплоподвода к геотермальным теплообменникам с учетом взаимосвязи характеристик засыпок и режимов работы рассматриваемых систем. Прототипом рассматриваемой конструкции геотермального теплообменника установленного в скважине является реальный объект с известными геометрическими и физическими параметрами. Решение задачи получено методом конечных разностей. Использовалась неявная разностная схема и алгоритм прогонки. Адекватность результатов численного моделирования следует из проверок используемых методов решения задачи на сходимость и устойчивость, а также подтверждается численным сопоставлением с известными данными о работе скважин с геотермальными теплообменниками. При анализе тепловых режимов рассматриваемой системы основное внимание уделялось исследованию интенсификации теплоподвода к геотермальным теплообменникам с учетом взаимосвязи характеристик засыпок и режимов работы рассматриваемых систем. Установлено, что увеличение влажности песчаной засыпки приводит к росту теплопритоков на 3.7–7,8 %. Показано существенное влияние нестационарности процессов переноса на интенсификацию теплообмена в рассматриваемой системе. Выявлено, что при выборе варианта регулирования тепловых режимов геотермальных теплообменников следует преимущественно изменять объемную влажность песчаной засыпки.
Скачивания
Библиографические ссылки
Dincer I., Acar C. A review on clean energy solutions for better sustainability. International Journal of Energy Research. 2015; 39(5):585–606. DOI: 10.1002/er.3329
Ellabban O., Abu-Rub H., Blaabjerg F. Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;39:748–764. DOI: 10.1016/j.rser.2014.07.113
Thorsteinsson H.H., Tester J.W. Barriers and enablers to geothermal district heating system development in the United States. Energy Policy. 2010;38(2):803–813. DOI: 10.1016/j.enpol.2009.10.025
Stober I., Bucher K. Geothermal energy. Cham: Springer International Publ., 2021. 390 p.
Soltani M., Kashkooli M.F., Dehghani-Sanij A., Kazemi A., Bordbar N., Farshchi M., Elmi M., Gharali K., Dusseault B.M. A comprehensive study of geothermal heating and cooling systems. Sustainable Cities and Society. 2019;44:793–818. DOI: S2210670718306838
Huttrer G.W. Geothermal Power Generation in the World 2015-2020 Update Report, Review. In: Proceedings of the World Geothermal Congress 2020+1. 2021, Article 01017.
Beier R.A., Acuña J., Mogensen P., Palm B. Transient heat transfer in a coaxial borehole heat exchanger. Geothermics. 2014;51:470–482. DOI: 10.1016/j.geothermics.2014.02.006
Fang L., Diao N.R., Shao Z.K. Thermal analysis models of deep borehole heat exchangers. In: International Ground Source Heat Pump Association. 2018. P. 18–20. DOI: 10.22488/okstate.18.000018
Beier R.A., Fossa M., Morchio S. Models of thermal response tests on deep coaxial borehole heat exchangers through multiple ground layers. Applied Thermal Engineering. 2021;184:116241. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.116241
Luo Y.Q., Meggers F. Deep coaxial borehole heat exchanger: analytical modeling H.S. and thermal analysis. Energy. 2019;185:1298-1313. DOI: 10.1016/j.energy.2019.05.228
Luo Y.Q., Xu G.Z., Cheng N. Proposing stratified segmented finite line source (SS-FLS) method for dynamic simulation of medium-deep coaxial borehole heat exchanger in multiple ground layers. Renewable Energy. 2021;179:604–624. DOI: 1
Bär K., Rühaak W., Welsch B. Seasonal high temperature heat storage with medium deep borehole heat exchangers. Energy Procedia. 2015;76:351–360. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.841
Welsch B., Rühaak W., Schulte D. Characteristics of medium deep borehole thermal energy storage. International Journal of Energy Research. 2016;40(13):1855–1868. DOI: 10.1002/er.3570
Huang Y.B., Zhang Y.J., Xie Y.Y. Thermal performance analysis on the com-position attributes of deep coaxial borehole heat exchanger for building heating. Energy and Buildings. 2020;221:110019. DOI: 10.1016/j.enbuild.2020.110019
Li C., Guan Y.L., Jiang C. Numerical study on the heat transfer, extraction, and storage in a deep-buried pipe. Renewable Energy. 2020;152:1055–1066. DOI: 10.1016/j.renene.2020.01.124
Renaud T., Verdin P., Falcone G. Numerical simulation of a deep borehole heat exchanger in the Krafla geothermal system. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019;143:118496. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118496
Zhang H.Z., Han Z.W., Li X.M. Study on the influence of borehole spacing considering groundwater flow and freezing factors on the annual performance of the ground source heat pump. Applied Thermal Engineering. 2021;182:116042. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.116042
Cai W.L., Wang F.H., Chen S. Analysis of heat extraction performance and long-term sustainability for multiple deep borehole heat exchanger array: a projec-t-based study. Applied Energy. 2021;289:116590. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.116590
Zhang F.F., Yu M.Z., Sorensen B.R. Heat extraction capacity and its attenuation of deep borehole heat exchanger array. Energy. 2022;254:124430. DOI: 10.1016/j.energy.2022.124430
Zhang F.F., Fang L., Jia L.R. A dimension reduction algorithm for numerical simulation of multi-borehole heat exchangers. Renewable Energy. 2021;179:2235–2245. DOI: 10.1016/j.renene.2021.08.028
Park H., Lee S-R., Yoon S. Jung-Chan Choi Evaluation of thermal response and performance of PHC energy pile: Field experiments and numerical simulation. Applied Energy. 2013;103:12–24. DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.10.012
Cao Z., Zhang G., Liu Y., Zhao X., Li C. Influence of backfilling phase change material on thermal performance of precast high-strength concrete energy pile. Renewable Energy. 2022;184:374–390. DOI: 10.1016/j.renene.2021.11.100
Журмилова И.А., Штым А.С. Теплофизические свойства увлажненного песка – наполнителя для скважин с грунтовыми теплообменниками // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2017. № 2. С. 100–109. [Zhurmilova I.A., Shtym A.S. Thermophysical properties of the moistened sand used as filler for boreholes with ground heat exchangers. Vestnik Inzhenernoi shkoly DVFU = FEFU: School of Engineering Bulletin. 2017;(2):100–109. (In Russ.)] 0.1016/j.renene.2021.07.086
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
