渗滤取水海水源热泵系统中海水运移规律研究

海水源热泵系统是开发利用海洋热能的有效方式之一。但是在部分沿海地区的应用会受到淤泥型地质条件及气候条件的限制。应用渗滤取水技术可以解决这一难题，却有可能影响取水量、取水温度，甚至引起海水入侵问题。本项目根据多孔介质中流体的流动及换热理论与溶质运移理论，对海水运移过程中海水流-热量-溶质耦合运移规律进行研究。通过现场稳定流抽水实验及实验室分析，获取水文地质参数。建立海水流-热量-溶质耦合运移数学模型，对不同工况下地下水速度场、温度场、浓度场分布进行数值模拟。研究在渗滤取水的过程中，地下含水层速度场、温度场、浓度场分布，分析海岸井位置、取水流速、温度、渗透系数、孔隙度、弥散度等参数对地下含水层内流场分布的影响，地下含水层内的换热过程对取水温度的影响，以及海水运移过程对地下含水层溶质浓度分布的影响。为渗滤取水海水源热泵系统的工程设计提供理论依据。

受地质条件、气候条件及水质的限制，天津渤海海域海水不宜直接作为海水源热泵的热汇/源。将海岸井渗滤取水系统应用于海水源热泵系统，可综合利用海洋热能和土壤储能，有助于解决以上问题。本项目根据多孔介质中流体的流动及换热理论，对渗滤取水海水源热泵系统中海水运移规律进行研究，建立了海岸井渗滤取水系统渗流换热模型。对天津渤海海水温度、沿海地质及浅层土壤温度进行了测试与勘察，论述了在天津沿海构建海岸井渗滤取水系统的可行性。根据野外抽水实验及实验室水样、土样分析实验获取的基础数据，如渗流系数、海水温度、海岸井抽水水温的变化规律等，运用数值方法确定含水层的导热系数及孔隙率，并进一步验证所建海岸井渗滤取水渗流换热模型的准确性和在有界含水层中的适用性。运用已验证的有界含水层中海岸井渗滤取水渗流换热模型，结合实际工程水文地质条件，模拟研究了海岸井位置、直径以及水位降深对海岸井出水量的影响，分析了海水温度、抽水时间、出水量以及井的结构参数对海岸井出水水温的影响。运用费用年值法对使用海岸井渗滤取水系统海水源热泵的具体工程进行了优化设计，确定了优化的海岸井位置、数量及直径。研究成果为渗滤取水海水源热泵系统的工程设计提供了理论依据。