宁夏重点地区地埋管现场热响应试验及浅层地热能资源评价

【摘要】：浅层地热能具有分布广、储量大、埋藏浅、再生迅速、无污染、效率高等特点，是一种清洁能源。为了研究宁夏回族自治区的浅层地热能资源，本文在野外调查、现场试验及分析整理前人研究成果的基础上，对宁夏银川市、石嘴山市、吴忠市以及中卫市四个重点城市进行了浅层地热能资源评价，通过研究得出以下结论： （1）通过对研究区气象、地质及水文地质等资料的整理分析，研究了四个研究区的地形地貌、气象特点、地质、水文地质条件及地下水的补给、径流和排泄条件。 （2）介绍了地埋管现场热响应试验的原理、试验条件及试验步骤，并对银川市研究区先后进行了稳定加热功率4kW的小功率试验和稳定加热功率8kw的大功率试验，通过对试验数据的处理分析，取得了试验区的土壤综合导热系数。 （3）介绍了FLUENT软件，运用GAMBIT建立了单U地埋管三维数值模型，然后将所建数值模型导入FLUENT中进行模拟计算，并在理论上对U型管与土壤的换热和用于模型模拟的湍流模型作了分析研究。利用模型进行了地埋管系统夏季运行48小时的三维数值模拟，以银川市进行的地埋管热响应试验所得参数和结果为依据，对模型进行验证，结果表明在模型运行14小时后，回水温度的模拟值和实测值之间最大误差仅为0.3℃，在工程允许的误差范围内，从而证明了数学模型的可行性。然后利用该模型模拟了系统在夏季运行60天后的土壤温度场，分析了地埋管运行对土壤温度场的影响，并确定地埋管换热影响半径为2.53m，为地埋管适宜区的浅层地热能资源可利用量评价奠定了基础。 （4）按照相关规范的计算要求，在分析研究宁夏地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统适宜性分区的基础上，选取适用于研究区浅层地热能评价计算所需的各个参数，分别计算了银川市、石嘴山市、吴忠市和中卫市四个重点城市的浅层地热容量、地下水源热泵系统换热功率及地埋管地源热泵系统换热功率，首次对宁夏的浅层地热能资源作出定量评价。 【关键词】：浅层地热能 资源评价 地源热泵 热响应试验 数值模拟
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK521;P314.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 选题背景及意义11-13
• 1.1.1 选题背景11
• 1.1.2 选题意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 前人研究成果及存在的问题15-18
• 1.3.1 前人研究成果15-18
• 1.3.2 存在的问题18
• 1.4 研究内容及技术路线18-21
• 1.4.1 研究内容18-20
• 1.4.2 技术路线20-21
• 第二章 地理及经济概况21-31
• 2.1 研究区位置及交通概况21-22
• 2.2 地形地貌特征22-25
• 2.3 气象与水文25-30
• 2.3.1 气象25-28
• 2.3.2 水文28-30
• 2.4 社会经济概况30-31
• 第三章 地质及水文地质条件31-49
• 3.1 地质条件31-36
• 3.1.1 银川平原地质概况31-33
• 3.1.2 卫宁平原地质概况33-36
• 3.2 水文地质36-45
• 3.2.1 银川平原36-42
• 3.2.2 卫宁平原42-45
• 3.3 地下水的补给、径流和排泄条件45-49
• 3.3.1 地下水的补给45
• 3.3.2 地下水的径流45-47
• 3.3.3 地下水的排泄47-49
• 第四章 地埋管热泵现场热响应试验及数值模拟49-64
• 4.1 热响应试验49-55
• 4.1.1 试验目的49
• 4.1.2 试验原理49-50
• 4.1.3 试验步骤50-51
• 4.1.4 试验条件51
• 4.1.5 试验结果分析51-55
• 4.2 土壤温度数值模拟55-62
• 4.2.1 FLUENT 软件简介55-56
• 4.2.2 U 型管与土壤的传热分析56-57
• 4.2.3 模型的建立57
• 4.2.4 网格的划分57-58
• 4.2.5 湍流模型的选择58-59
• 4.2.6 边界条件的设置59-60
• 4.2.7 材料性质的设定60
• 4.2.8 模型的验证60-61
• 4.2.9 运行结果及分析61-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 浅层地热能资源评价64-79
• 5.1 浅层地热能热容量评价65-70
• 5.1.1 评价方法65-67
• 5.1.2 参数的确定67-68
• 5.1.3 热容量计算结果68-70
• 5.2 地下水源热泵系统适宜区换热功率评价70-74
• 5.2.1 评价方法70-71
• 5.2.2 参数的确定71-73
• 5.2.3 换热功率计算结果73-74
• 5.3 地埋管地源热泵系统适宜区换热功率评价74-77
• 5.3.1 评价方法74-75
• 5.3.2 参数的确定75-77
• 5.3.3 换热功率计算结果77
• 5.4 浅层地热能综合评价77-79
• 结论及建议79-81
• 结论79-80
• 建议80-81
• 参考文献81-86
• 攻读学位期间取得的研究成果86-87
• 致谢87

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