[发明专利]针对中深层地埋套管换热器内自循环换热量的计算方法

说明书

本发明公开了一种针对中深层地埋套管换热器内自循环换热量的计算方法，包含初始参数设置部分及计算部分；一，根据初始参数设置部分确定岩土热物性参数确定，设置计算初值条件；二，设置循环迭代中所需的最大循环次数及时间步长和静置总时长、系统静置工质的初始温度以及各控制单元体的坐标，最终完成迭代条件设置；三、迭代参数初始化设置及循环迭代求解；四、循环迭代收敛判断并输出各个时刻所对应的工质温度及换热量的收敛计算结果。本发明基于传热学的导热规律，对超大管长、管径比的地埋换热器进行计算，从而获得换热器在静置情况下温差引起的管内工质自然循环与周围岩土的换热量，为地热井静置期的工程应用提供设计参数。

技术领域

本发明涉及换热器设计技术领域，特别涉及一种针对中深层地埋套管换热器内自循环换热量的计算方法。

背景技术

随着能源问题的日益突出，清洁能源的利用越来越受到人们的重视。地热能作为一种清洁、可持续的能源，目前已经受到越来越广泛的利用。地埋管换热器通常在冬季需要供暖时开启，而相当一部分时间段内处于静置状态。静置过程中，换热器与周围岩土依然持续不断地进行着热交换，其自循环换热影响着周围岩土的温度场。而岩土的温度场对地埋管换热系统的性能有着至关重要的作用，因此在静置期对地埋管换热器内循环换热量进行分析计算，具有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于，采用二维计算方法，在换热器静置期对其与周围岩土的换热情况进行模拟计算，为后续系统开启后运行性能的评估提供参考，以期达到更好的运行效果。本发明提供一种结构清晰、功能完善、方便修改的针对中深层地埋套管换热器内自循环换热量的计算方法，为系统开启后运行性能的评估提供参考。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种针对中深层地埋套管换热器内自循环换热量的计算方法，包含初始参数设置部分及计算部分；

所述初始参数设置部分包括：获得地埋套管换热器尺寸参数和热物性参数以及换热器所在地点的岩土热物性参数；

所述计算部分采用循环迭代的方式计算，具体步骤包括：

步骤一，根据初始参数设置部分确定岩土热物性参数，根据实际地热井结构确定中深层地埋换热器结构尺寸，同时根据初始参数设置部分设置计算初值条件；

步骤二，设置循环迭代中所需的最大循环次数及时间步长和静置总时长、系统静置工质的初始温度以及各控制单元体的x方向与y方向的坐标，并限定迭代次数，最终完成迭代条件设置；

步骤三、迭代参数初始化设置及循环迭代求解：

先后对t时刻地埋套管换热器中静止的工质逐段进行y方向与x方向热阻、能量方程的求解，得到工质温度与当前计算管段的换热量；

将所得结果与t-1时刻迭代计算的对应结果值进行比较，若误差小于所述用于判断误差的小量，则所得到的温度的值即为t时刻下满足要求的结果；否则继续进行下一轮迭代计算；

步骤四、循环迭代收敛判断并以各个时刻所对应的工质温度及换热量的收敛计算结果即为最终结果。

作为本发明的进一步改进，初始参数设置部分具体包括：

获得井内换热器所拥有的不同结构管段的管段数、各管段自身的长度以及相应的内管内径、内管外径、外管内径、外管外径以及内外管热物性参数；获得地热井所在地点的岩土热物性参数，包括岩层主要成分、地温梯度、导热系数、比热容、密度及含水层分布。

作为本发明的进一步改进，步骤一中，中深层地埋换热器结构参数包括深度、内外径及材料热物性；计算初值条件包括入口工质温度、工质流量、管道尺寸及岩土热物性参数。

作为本发明的进一步改进，步骤二中，各控制单元体的坐标的确定方法如下：