同井回灌地下水源热泵地下水渗流模型

 取热井内含有一套管, 从换热器来的水进入套管外管, 通过回水井网回灌回含水层中, 与含水层换热;同时, 含水层中的地下水经过抽水井网由潜水泵加压后由套管内管进入换热器。抽水井网与回灌井网之间有一隔断, 避免回水直接进入抽水部分, 产生较大的热贯通。在同一取热井中, 同时进行抽水和回灌, 因此称该取热井为抽灌同井。抽水和回灌在含水层同一径向位置不同深度处同时发生, 使地下水的渗流较异井回灌地下水源热泵引发的地下水渗流更为复杂。因此, 理论计算时, 需对含水层和取热井作适当的假设和限定。

 

  1.1  模型假设及限定条件

 

  为了便于分析, 在建立数学模型时采用如下假设和限定条件:

 

  1)本文中讨论的含水层均为第一类越流承压含

 

  水层, 无越流层压含水层作为越流含水层的一种特殊情况考虑。除了越流量外不考虑其它垂向补给和排泄;2)含水层是均匀各向异性的。含水层具有稳定

 

  厚度, 在热泵运行期间, 承压含水层不会被疏干成承压—无压含水层或无压含水层。热泵运行前, 水头面是水平。含水层侧向无限延伸;

 

  3)渗流满足Darcy 定律;

 

  4)由水的弹性和含水层骨架的弹性所造成的含

 

  水层的单位储水系数S0 在时间上是常数;

 

  5)水头下降时, 水立即从含水层的储水层中释放出来;

 

  6)越流量处理为含水层边壁的一个边界条件,认为越流量在主含水层内发生, 并认为主含水层的边界是完全不透水的。Hantush 认为这种水流的概化, 不会明显地对实际水流的模式产生影响[ 10] ;7)定流量抽水和回灌时, 地下水的渗流速度沿

 

  着井壁过滤网均匀分布。实际上, 如果忽略井筒的过滤网水头损失, 井壁过滤网应是等水头面, 这样井壁过滤网上渗透速度不会均匀分布, 但对于过滤网处于同一介质含水层时, 这样的假设在离井稍远处不会有过大的误差[ 11] , 且对于处理问题带来方便;

 

  8)不考虑井的储水效应;

 

  9)忽略温度对渗透系数、储水系数及密度的影响, 这对于温度变化不大的系统, 不会带来大的误差。