[发明专利]一种套管式地埋管岩土热物性参数估算方法

说明书

本发明公开了一种套管式地埋管岩土热物性参数估算方法，属于地源热泵技术领域，基于套管式地埋管传热模型和热响应测试的进出口流体温度，采用不同的目标函数估算岩土的热导率k_s和体积比热容C_s。首先，以所有测试时刻的进出口流体温度的均方根误差作为目标函数，同时估算k_s和C_s，将其作为第零次迭代的结果；然后，以前期测试时刻的进出口流体温度的均方根误差作为目标函数，估算C_s；然后，以所有测试时刻的进出口流体温度的均方根误差作为目标函数，估算k_s；最后，采用迭代方式循环上述两个步骤，直至相邻两次迭代过程所估算的k_s和C_s的差值均小于设定值，则输出最后一次迭代过程所估算的k_s和C_s。本发明具有精度高、所需热响应测试时间短的优点。

技术领域

本发明涉及地源热泵技术领域，更具体地说，涉及一种套管式地埋管岩土热物性参数估算方法。

背景技术

套管式地埋管是地源热泵领域中一种重要的地埋管，而岩土热物性参数是套管式地埋管设计所需要的关键参数。

目前常用的套管式地埋管岩土热物性参数测试方法为：依托热响应测试的实验数据与套管式地埋管传热模型，采用斜率法或参数估算方法估算岩土热物性参数。其中，参数估算方法包括蒙特卡洛算法、信赖域法、单纯形法、模式搜索算法、Levenberg-Marquardt法、高斯线性化法、遗传算法等。

2017年3月，安徽建筑大学的谢宗标公开了一篇名为“同轴深井套管式地埋管换热器岩土热物性实验分析研究”的硕士学位论文，该论文基于线热源模型中的地埋管总热阻与时间的自然对数成线性关系的原理，采用斜率法对热响应测试实验数据进行处理，即采用最小二乘法拟合得到流体平均温度关于时间对数的线性拟合函数，进而直接计算得到岩土的热导率和体积比热容。然而，该方法所需要的热响应测试数据较多，即热响应测试时间足够长(一般需要至少48小时)。

2019年5月，合肥工业大学的杨欣钰公开了一篇名为“地源热泵套管式换热器传热及其分布式热响应测试研究”的硕士学位论文，该论文基于单参数敏感性分析方法和sperman全局敏感性分析方法评估了换热器换热功率及出口流体温度对地层热物性参数的敏感性，结果发现：相对于地层比热容，地层热导率对流体出口温度和换热器散热功率的敏感性系数更高，所以在反演预测时应处于优先的位置，然后是地层比热容。在此基础上，将套管式地埋管换热器传热模型和分布式热响应测试相结合，采用蒙特卡洛算法，对地层热导率和比热容进行分级反演。然而，其计算结果与参考值之间的偏差较大。

现有的套管式地埋管岩土热物性参数测试方法存在一些不足：斜率法忽略了热响应测试前期(大概前10小时)的实验数据，并且所需要的热响应测试时间足够长；参数估算方法在估算岩土热导率和体积比热容时所采用的目标函数是单一的，而没有区分不同时刻的相关实验数据与岩土热导率及体积比热容的相关性的差异，导致所估算的岩土热物性参数的精度偏低。

发明内容

1.要解决的问题

为了克服现有的套管式地埋管岩土热物性参数测试方法所需热响应测试时间较长及精度偏低的不足，本发明提供了一种套管式地埋管岩土热物性参数估算方法，采用不同的目标函数分别估算套管式地埋管岩土的热导率和体积比热容，以缩短热响应测试时间，并提高所估算参数的精度。

2.技术方案

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：