地能利用过程井群地下水运移能量传输及其传热研究

地下水源地能利用过程涉及抽/灌井群复杂多变的流动、传热和传质问题，其井群布控、相间影响、热流场演变控制等诸多问题一直困扰地下含水层蓄能和热泵应用的科学发展，甚至影响地下资源水环境和生态，因此基于大规模应用的井群抽/灌过程能量传输和热流场协同控制是一项急待解决的科学问题。研究地下复杂情况抽/灌区域动态传热和热流传输作用机理，认识抽/灌热流动复合场的源汇交互作用及其热-流-固耦合基础传热过程，揭示长期运行中热流场的发展与演变，界定热流场作用空间，避免井间、井群间和区域间热干涉和热贯通，实现利用温度场、流场和水位场等多场形态重整主动控制与协同，提高地能利用和蓄能效率。研究还包括岩土多孔介质渗流传热、热湿迁移场偏移、热流调控、热汇与热沉渗流、地下水运移机制及温位均衡、回灌渗流特性与优控、含水层构造体热响应等。该研究将完善地下储能和热泵应用中井群传热控制理论，达到科学健康应用的发展目的。

地下水源能量利用是能源工程和供热工程领域的新技术，有利于实现可再生能源利用。其核心问题涉及抽/灌井群复杂多变的流动、传热和传质问题，所关系的井群布控、井间贯通影响、热流场演变控制等一直困扰地下含水层蓄能和热泵应用的科学发展，甚至影响地下资源水环境和生态,其中大规模应用的多井群抽/灌过程能量传输和热流场协同控制是一项急待解决的科学问题。本项目通过理论分析、模拟构建与计算分析,再结合多种实验手段，系统研究了地下复杂情况抽/灌区域动态传热和热流传输作用机理，认识抽/灌热流动复合场内源与汇交互作用及其热流固耦合基础传热过程，揭示长期运行中热流场的发展与演变，界定热流场作用空间，减少、减轻或避免井间、井群间和区域间热干涉和热贯通，利用温度场、流场和水位场等多场形态重整主动调控与协同，提高抽灌井场地能利用和蓄能效率。同时，进一步剖析了各种井群形式和运行工况的初始条件和边界条件对稳态和瞬态传热影响，包括岩土多孔介质渗流传热、热湿迁移场偏移、热流调控、热汇与热沉渗流、地下水运移机制及温位均衡、回灌渗流特性与优控、含水层构造体热响应等。加强认知关键影响因素及其作用规律，研判热贯通、群井抽灌渗流、含水层固有地下横流、热流变布控及其协同作用与范围，提出了基于流程、温位和能量负荷控制的能量梯级系统和分布式控制方法与控制新理念。研究成果为技术应用奠定理论基础，将倡导和助力于地下储能和热泵应用中井群热流控制理论的建立，推动科学健康应用中的科技进步。