开挖法增强型地热系统（EGS-E）潜在深地结构型态与效能概估法探索

论文摘要

深部地热的开发利用正引起人们的广泛关注。本文针对基于井巷开挖技术的创新增强型地热系统（EGS-E）,以热学、力学理论为基础,以COMSOL Multiphysics数值模拟和编程计算为工具,研究了其典型构件几何的确定、制裂区整体结构热采率概算以及循环管结构换热机理,为后续研究建立了初步基础。主要内容及结论如下:（1）给出了确定EGS-E模型中最典型深地结构构件——圆形巷道的截面几何的过程,可作为后续精细化模拟的建模基础:（i）基于力学基本原理,利用弹性力学中轴对称平面应变问题的多连体理论编程求解得出3 m裸洞半径下所需衬砌厚度为590 mm。（ii）基于热学基本原理及全球最深矿井开挖经验,给出利用分离变量法求解非齐次边界条件的非稳态热传导方程来确定所需隔热层厚度的详细过程。再结合施工所需空间,即可确定圆形巷道的合理截面尺寸。（2）建立了EGS-E制裂区大规模采热热采率的简捷估算方法,为后续定量研究采热结构与其效能间关系探索超算模拟的可行替代方案:（i）研究了高温巷道围岩30年非稳态热传导一维平面问题的模拟解与解析解对比,验证了模拟解的可靠性。（ii）研究了洞壁温度、洞半径及岩石种类对巷道采热年热采率的影响,结果表明:围岩某一初始温度下,降低洞壁恒温,增大传热巷道洞半径,提高岩石热扩散率,均可提高巷道年热采率。（iii）针对EGS-E模型中棋盘型和梳齿型地下巷道布置型式,提出3种热采率概算方案并分别研究了适用范围和相对误差;且给出了更复杂的蛛网型巷道的概算思路。（3）模拟了EGS-E模型中循环管内强制对流与换热池内恒温流间稳态传热过程,并研究了管道过水流速与其采热量及出水温度间关系,可作为后续EGS-E传热过程优选流速、管径、流体种类等采热影响因素的参考。结果表明:其他因素不变时,管道出水温度将随流速不断增大而不断减小至接近其初始温度;而管道水年热采率则随流速增大其提升的幅度将越来越接近于零。因此流速的优选需结合管道水年热采率及出水温度随其流速大小变化关系以及不同流速下的管道水输送成本综合判断。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐敏

导师: 唐春安,李宏

关键词: 构件几何,热采率概算,对流换热

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 大连理工大学

分类号: P314

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.001438

总页数: 60

文件大小: 3633K

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