[发明专利]一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法

权利要求书

1.一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，所述中深层U型换热井包括下降管、水平管和上升管，其特征在于，在中深层U型换热井内及其外周的岩土设置多个节点，采集循环液入口处节点及其外周岩土节点初始时刻的温度信息，将采集温度信息代入由中深层U型换热井内多个节点的节点方程形成的预测模型，得到中深层U型换热井其他位置节点及其他时刻的温度信息；

所述节点方程的建立方法为：对中深层U型换热井的每个节点建立能量控制方程，将单位长度的循环液和换热井的钻孔孔壁之间的热阻、换热井钻孔内回填材料热容量及循环液的质量流量比热容带入建立的能量控制方程中，得到每个节点的节点方程；

所述下降管内节点的能量控制方程为：

所述水平管内节点的能量控制方程为：

所述上升管内节点的能量控制方程为：

C为循环液质量流量比热容，C₁、C₂、C₃分别为下降管、水平管和上升管所在钻孔内填充材料的热容量之和，R₁、R₂、R₃分别为下降管、水平管和上升管中循环液和钻孔孔壁之间的热阻，t_f1、t_f2、t_f3分别为下降管、水平管和上升管内循环液的温度；t_b1、t_b2、t_b3分别为下降管、水平管和上升管的钻孔的孔壁岩土的温度。

2.如权利要求1所述的一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，其特征在于，将换热井循环液入口及外周岩土节点处初始时刻的温度信息带入预测模型后，采用追赶法求解换热井其他位置节点及其他时刻的温度信息。

3.如权利要求1所述的一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，其特征在于，所述中深层U型换热井节点的设置方式为：确定相邻节点的距离步长，换热井每个管段长度与距离步长的比值取整数，得到节点个数，多个节点沿换热井管段的轴线方向布置。

4.如权利要求3所述的一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，其特征在于，所述中深层U型换热井外周岩土内节点的设置方式为：多个节点沿换热井每个管段的轴线方向划分设置，且相邻两个节点的距离步长与换热井内相邻两个节点的距离步长相等。

5.如权利要求4所述的一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，其特征在于，对下降管、水平管和上升管内的节点及外周岩土内的节点进行编号，其中，下降管和上升管与外周岩土中位于同一水平面的节点编号相同，水平管与外周岩土中位于同一竖直面的节点编号相同。

6.如权利要求1所述的一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，其特征在于，

下降管循环液入口处的节点方程为：

下降管循环液出口处的节点方程为：

下降管其余节点处的节点方程为：

和分别表示下降管和上升管k号节点在p+1时刻的温度，表示下降管k号节点在p时刻的温度，则表示下降管循环液入口节点外周对应的钻孔孔壁岩土内节点在p时刻的温度，表示下降管k-1号节点在p+1时刻的温度，则表示下降管k号节点周围钻孔孔壁岩土内节点在p时刻的温度；

其中，

C为循环液质量流量比热容，C₁为下降管所在钻孔内填充材料的热容量之和，Q为中深层U型井所承担的换热量，△z为相邻节点的距离步长，△τ为时间步长，R₁为下降管中循环液和钻孔孔壁之间的热阻。