摘要
地热能作为一种可再生新型能源已引起人们广泛的关注,通过U型地热井对建筑物进行供暖也逐渐成为一种高效的地热能利用方式。只要在满足取暖要求的前提下,合理设计井身结构与水平段钻井长度便可以达到最高的能量利用率。本文以陕西省西安市草滩区U型地热井取暖系统作为研究对象,研制模拟U型地热井水平井段换热过程的试验平台,通过ANSYS FLUENT有限元软件建立U型地热井水平井段换热模型进行数值模拟。总结在不同注水流速、井眼直径和水平井段长度条件下,水平井段的出口温度、取热量变化规律和非采暖期间的地温恢复情况。U型地热井水平井段在同一注水流量条件下,随传热时间的延长,水平井段的出口水温逐渐下降并且在同一时刻,低流速的出口温度要高于高流速的出口温度。随着水平井段注水流量的增大,出口水温随换热时间的延长,下降的速率也逐渐加快且U型地热井水平井段取热量越大。U型地热井水平井段的长度越长,出口温度越高,水平井段在采暖期间的总取热量越高。U型地热井水平井段的出口温度与井筒直径呈负相关关系,与水平井段在采暖期的总取热量呈正相关关系。U型地热井水平井段在采暖期取热的过程中,地层的温度逐渐下降。在非采暖期间,地层温度的恢复呈先快后慢的变化趋势,综合考虑取热量和地温的恢复情况,为了使U型地热井水平井段在下一个采暖期间能够正常运行,针对与草滩所施工地热井的实际工程情况综合考虑,该工程水平井段井筒内水流的最优流速应取0.3m/s,此时地层温度恢复至81.8℃,最接近地层的初始温度82℃。