[发明专利]一种适用于地热开采的纳米流体循环传热实验系统及其应用

说明书

本发明公开了适用于地热开采的纳米流体循环传热实验系统及其应用。实验系统包括温度采集模块、升温模块、降温模块和储液搅拌槽；储液搅拌槽、升温模块和降温模块通过管路构成循环管路；储液搅拌槽通过第一连接管与降温模块相连通，储液搅拌槽通过第二连接管与升温模块相连通，降温模块和升温模块通过第三连接管相连通，第二连接管上设有蠕动泵和流量计。本发明对于纳米流体的换热效率的研究更加符合现实换热情况，更直观表征纳米流体的换热效率。本发明不仅仅能探究纳米颗粒特性以及流体特征对于纳米流体循环换热效率的影响规律和机理，还可探究循环次数对于循环流体的换热效率的影响规律以及机理，从而为工程应用提供更多角度的理论指导。

技术领域

本发明涉及地热能源开采技术领域，尤其涉及一种适用于地热开采的纳米流体循环传热实验系统及其应用。

背景技术

地热能作为一种新型清洁能源，储量丰富，具有很大的发展前景。目前，我国对于地热能的开发还处于起步阶段，地热能开采研究既利于国家能源结构性调整，也符合我国政策。对于地热能的开发利用，究其根本便是将蕴藏在地底深处的热能通过换热的方式提取至地表。在地热能开发中，以水作为地热能循环介质投入地热井后到达地下的储热层，水吸收热量后再从抽水井抽出，进入电机系统或控温系统释放热量，冷却后再次投入注水井中以此进行循环。然而水作为换热介质其换热效率较低，若能提高传热介质的换热效率，并投入于地热循环换热体系中，经过多次循环累计后的换热增产效果将是巨大的，有利于提高地热能开发效率。

目前，无论是浅中层地热开发或深层干热岩的地热开发，都以水作为地热循环换热体系中的循环换热介质。然而，水是一种换热效率较低的换热介质，将水作为换热介质会降低换热系统的换热效率。前人大多数选择以水作为地热循环换热系统的换热介质，通过采用新型换热方式来提高坏热效率，但是关于改变地热循环换热系统内的换热介质的研究还处于探索阶段。纳米流体是在基液中添加纳米级颗粒从而制备成全新的传热介质。由于纳米颗粒具有较大的比表面积，在纳米流体中粒子与粒子之间的碰撞以及粒子与液体和壁面的相互碰撞可以提升纳米流体的传热性能，这一点在学界已经得到了诸多认证。但前人对于纳米流体换热效率的研究主要集中于针对新型配方所制备的纳米流体热导率的提升或者自主合成纳米材料所制备的纳米流体热导率的提升方面。而且所做流动换热装置并未考虑两相混合体系在流动中的分散性，对于纳米流体换热的应用主要集中于微通道领域，不适用于地热开采领域。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种适用于地热开采的纳米流体循环传热实验系统及其应用。

本发明的一种适用于地热开采的纳米流体循环传热实验系统，包括温度采集模块、升温模块、降温模块、所述储液搅拌槽、升温模块和降温模块通过管路构成循环管路；所述储液搅拌槽通过第一连接管与所述降温模块相连通，所述储液搅拌槽通过第二连接管与所述升温模块相连通，所述降温模块和升温模块通过第三连接管相连通，所述第二连接管上设有蠕动泵和流量计；

所述升温模块包括水浴加热仓、第一内置管路和第一外置管路，所述第一内置管路设置在所述水浴加热仓内，所述第一外置管路设置在所述水浴加热仓外，所述第一连接管通过三通阀与所述第一内置管路和第一外置管路相连通；所述水浴加热仓用于对其盛装的水进行加热控温；

所述降温模块包括水浴冷却仓、第二内置管路和第二外置管路，所述第二内置管路设置在所述水浴冷却仓内，所述第二外置管路设置在所述水浴冷却仓外，所述第二连接管通过三通阀与所述第二内置管路和第二外置管路相连通，所述水浴冷却仓用于对其盛装的水进行冷却控温；

所述第三连接管的一端分别通过三通阀与所述第一内置管路和第一外置管路相连通，另一端通过三通阀与所述第二内置管路和第二外置管路相连通；

所述第一内置管路和第二内置管路均迂回弯曲设置在所述水浴加热仓和水浴冷却仓内；

所述水浴加热仓和水浴冷却仓内均设有多个超声振子；