[發明專利]一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法

有效

• 申請號: 202110076113.X
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112861200B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王灃浩;姜靜華;張育平;劉俊;蔡皖龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西省煤田地質集團有限公司
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;F24T10/13;F24D15/04;G06F113/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

1.一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，包括以下步驟：

確定中深層同軸套管式換熱器的數量；

確定所述中深層同軸套管式換熱器的熱影響半徑曲線；

根據所述熱影響半徑曲線確定所述中深層同軸套管式換熱器的傾斜角度；

根據所述傾斜角度和預設位置設置其中一個中深層同軸套管式換熱器；

判斷所述中深層同軸套管式換熱器的數量是否等于2，若是，則根據所述傾斜角度設置另一個中深層同軸套管式換熱器，并保證兩個所述中深層同軸套管式換熱器對稱設置，且兩個所述中深層同軸套管式換熱器頂部之間的距離小于底部之間的距離；

若否，則根據所述傾斜角度設置其余中深層同軸套管式換熱器，多個所述中深層同軸套管式換熱器呈環形陣列分布，且多個所述中深層同軸套管式換熱器頂部中心點的連線形成的圓形的直徑小于底部中心點的連線形成的圓形的直徑；

換熱器垂直布置時占地面積為S，使用上述方法進行管群模式下換熱器的布置時，此時的占地面積用S’進行表示，二者面積進行比較； 當中深層同軸套管式換熱器數量為兩根時，此時SS’，逐漸增加管群模式下換熱器的數量，當SS’時按照本申請的方法進行管群布置，當增加換熱器的數量直至開始出現S≤S’，此時的換熱器數量m值為對應運行情況下的最佳數量值；

管群模式下，中深層同軸套管式換熱器的數量n超過最佳數量m時，此時可將單個管群處理成為多個管群，以最佳數量值m為基準，進行管群的分散； 需要采用n根中深層同軸套管式管換熱器，管群個數如下：

2.根據權利要求1所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，相鄰兩個所述中深層同軸套管式換熱器的底部的熱影響區域形成的圓相切。

3.根據權利要求1所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，所述步驟確定所述中深層同軸套管式換熱器的數量包括以下步驟：

確定所述中深層同軸套管式換熱器的管井參數、地質參數和建筑熱負荷；

根據所述中深層同軸套管式換熱器的管井參數、地質參數和所述建筑熱負荷計算所述中深層同軸套管式換熱器的數量。

4.根據權利要求1所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，所述步驟確定所述中深層同軸套管式換熱器的熱影響半徑曲線包括以下步驟：

對所述中深層同軸套管式換熱器進行控制體的劃分；

通過有限體積法對每個控制體巖土能量方程進行離散迭代，得到不同時刻下的巖土溫度；

通過所述中深層同軸套管式換熱器的鉆井壁溫度與巖土溫度的經驗關聯式，得到熱影響半徑曲線。

5.根據權利要求1所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，所述步驟根據所述熱影響半徑曲線確定所述中深層同軸套管式換熱器的傾斜角度包括以下步驟：

根據熱影響半徑曲線分別確定換熱器底面的熱影響半徑和換熱器頂端的熱影響半徑；設換熱器底面的熱影響半徑為R₁，換熱器頂端的熱影響半徑為R₂，其中，R₁和R₂均大于零；

通過公式(1)計算傾斜角度θ；

6.根據權利要求4所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，所述步驟對中深層同軸套管式換熱器進行控制體的劃分具體為：將所述中深層同軸套管式換熱器內流體的換熱假設為一維換熱問題，沿著流體的流動方向對控制體進行劃分，確定控制體的長度。

7.根據權利要求4所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，所述步驟通過有限體積法對每個控制體的巖土能量方程進行離散迭代，得到不同時刻下的巖土溫度值包括以下步驟：

沿著確定的柱坐標系方向分別對巖土體進行控制體劃分；

確定巖土換熱區域的初始條件和邊界條件；

將所述巖土換熱區域的初始條件和邊界條件賦予所劃分的控制體中；

基于托馬斯算法對控制體的能量方程進行聯立求解，得到不同時刻下的巖土溫度。

8.根據權利要求4所述的中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，其特征在于，所述步驟通過所述中深層同軸套管式換熱器的鉆井壁溫度與巖土溫度的經驗關聯式，得到熱影響半徑曲線包括以下步驟：

根據不同深度下的鉆井壁溫度和巖土溫度，通過公式(2)，得到不同深度上的熱影響半徑；

其中，T為巖土的溫度，T_∞為遠處巖土溫度，在數值上與最初巖土溫度相同；T_b為熱井外緣溫度；h為表面對流傳熱系數；λ為巖土的導熱系數；erfc(x)＝1-erf(x)為誤差函數，x為計算點的位置坐標，α為熱擴散系數，t為運行時間；

基于不同深度下對應的熱影響半徑數值，擬合熱影響半徑隨深度變化的函數，得到所述熱影響半徑曲線。