Интенсификация теплоподвода к геотермальным теплообменникам

Abstract

Необходимость обеспечения надежного теплового контакта между элементами геотермальных теплообменников и окружающей средой приводит к использованию разнообразных засыпок. В качестве засыпок используются различные материалы: от обычного цемента до материалов с фазовыми переходами. Применение перспективных строительных материалов и материалов с фазовыми переходами заметно повышает и без того существенные капитальные затраты при строительстве скважин с геотермальными теплообменниками. Предложено использовать в качестве засыпки распространенный и недорогой материал – увлажненный песок. Решение задачи получено методом конечных разностей. Использовалась неявная разностная схема и алгоритм прогонки. Шаг по координате составлял не более 10 мм. Объемная влажность песчаной засыпки варьировалась от начальной (5 %) до 25 % и была ограничена открытой пористостью. Начальная температура в рассматриваемой области решения принималась равной температуре разогретых пород 298.15–373,15 К. Температура прокачиваемого энергоносителя составляла 278,15 К. В работе установлено, что увеличение влажности песчаной засыпки приводит к росту теплопритоков на 4–12,5 %. Показано существенное влияние нестационарности процессов переноса и температур горячих пород на интенсификацию теплообмена в рассматриваемой системе

The need to ensure reliable thermal contact between the elements of geothermal heat exchangers and the environment leads to the use of a variety of backfills. Various materials are used as backfills. This could be ordinary cement or even materials with phase transitions. The use of advanced construction materials and materials with phase transitions significantly increases the high capital costs when constructing wells with geothermal heat exchangers. It is proposed to use a common and inexpensive material as backfill. This is moistened sand. The solution to the problem was obtained using the finite difference method. An implicit difference scheme and a special algorithm were used. The coordinate step was no more than 10 mm. The volumetric moisture content of the sand backfill varied from initial (5 %) to 25 %. It was limited by open porosity. The initial temperature, in the considered solution region, was taken to be equal to the temperature of the heated rocks 298.15–373.15 K. The temperature of the pumped energy carrier was 278.15 K. The work established that an increase in the humidity of the sand backfill leads to an increase in heat inflows by 4–12.5 %. The significant influence of the non-stationary processes of transfer and temperatures of hot rocks on the intensification of heat transfer in the system under consideration is shown