对流型地层内井下换热器实验模拟研究赵军，涂锋华，戴传山，李新国，朱强，袁伟峰天津大学热能与制冷工程系，天津300072温度分布及其变化主要影响因素进行了实验研究，为利用同轴管式井下换热器开发地热资源提供依据。　　0，吕在利用地热资源的众多方法中。井厂换热器技术史为合理。闪为只取热。不取水不仅没，地水位1释和地此沉降等环境问题。而且。不用耐腐蚀性的水泵和回灌井。对地下水资源以及地上环境资源起到保护作用。　　地的沉积岩和盖。可认为是导热层。而部窄隙率和渗透率较高的热储层可认为是对流层。　　木实验采用饱和状态下35的微珠玻璃球堆模拟对流型地层，并采用同轴管式井下换热器取热。　　1实验台的简介木文所设计的实验系统山5大系统组成多孔介质及同轴管式井下换热器小体系统高温水系统低温水系统水路调系统和测温系2冗见1.　　不锈钢水套1内以及水食1与换热器之间为充满水的饱和微珠玻璃球堆。火层水套1内通水，取热时通高温7欠，取冷时通低温水。片下换热器2外管是锈钢，内管是有机玻垴管。不锈钢脞筒和汴下换热器均为，长。高温水系统4苹1低温水系统3分别由加热系统和热泵系统加上两个储水箱组成。并将两个储水筘放置在41高的超顶上。水路调节系统5的作用小要是组合成取热或者蓄热外加2个低温水进出口测温点。　　1.夹层水套2.同轴管式井1〃换热器1低温水系统储水筘4.高温水系统储水箱5.水路调节系统6.储水箱78.热水循环泵910.流量计阁1系统示意择2实验方案实验的七要目的是测贷同轴套管式井下换热器周围温度分布及其变化，以便分析影响换热的主要因素及其规氧用不同温度的高温水加热套筒内充满水的玻璃微珠堆。变换低温水流迂入口温度循环方收稿日期2001014基金项目国家自然科学资金项目59776015测量低温水进出口温度流量以及玻璃球多孔介质的温度分布。在套筒内沿同轴管式井下换热器高度方向分4层佰置了热电偶。微珠玻璃球多孔介质的孔隙率通过荇积法测量得到，为38.5，渗透率由文魄1中经验公式计算得到。为5.2622 3结果与讨论3.1多孔介质层的初始温度分布3801热水加热实验4模拟，轴符式卯下换热器换热，由于空间限制。只能梭拟实际并下换热器换热的部分。即假设该部分井下换热器所处的多孔介质层处在同温度。实验测试了不同温度的玻璃球介质的初始温度分布。2描述了理论上和实验测量4层的平均仉，径向初始温度分布儿中是热水温度设置为80是热水温度设置为550中尸为离换热器外管外壁的距离。测量理想，550热水加热3.2取热时多孔介质层的温度分布及其变化情况入口温度为121时4以的温度在径向方向上各理想中的均匀分布，但妃取热的规扑逼非常明显的方面。较远的地方，虽然温度定的下降。似是沿径向传递的热量较小，主要还是发生在距离井下换热器外壁面较近的地方；另方面，还可以看出，在取热时，换热器外壁面附近的温度梯度TI由上下依次减小即呈现上下低的向变化规律，说明了热量的提取主要是来自00两条温度曲线有交叉和较大处温度沿度中向变化的规律不同，这是由于壁面附近的温度分布除了受介质层中自然对流的影响外，还较多地受到换热器内冷水流动的影响。这里没有必要消除冷水进出对介质中自然对流的影响，相反这种影响越大，越能体现换热器有较的热输出能力。　　3.3同轴套管式井下换热器内水的温度分布对于井下换热器研究的*终目的就是满足用户要求并下换热器的性能可以⑴水的温度变化来反映。本实验布置了热电偶来测量水的温度分布情况。4是在热水温度为55流量为1时，入水循环方式为内进外和外进内出，水的温度分布情况内进外出时，在内管中从17.预热到18.9 5在环套中从18.9上升到22.7；外进内出时，汗。环仿中从18.1上升到24.2，在内管中又从24.2，降温为23.2无论是预热还是降温，都说明有机玻璃并不是理论上的绝热材料它的导热系数为哪，所以内符材料的绝热性能越好，的，热量就越大。　　3.4自然对流换热方式的存在本实骑主竖是模拟研允自然对流型地层，井换热器，为验硝然对流方式的存在，现将饱和状态下的玻璃球多孔介质层假设为纯导热体导热系数0.8745撕，12，以80，热水加热微珠玻璃球350令水流入井下换热器为例，计算出换热功率户107.8撕，而本实验所测量的换热功率均在600识以另外。有学者研，明。对丁颗粒直径不超过461瞧的多孔介质，1.1.　　103时，其空隙中的流体的对流换热贡献才可以忽略不卅4.　　假设多孔介质空隙直径和微珠玻璃球的直径相当，即4，计算本实验多孔介质温度在55和80，时，值分别为5.795和1.，79父6，均远大于1父3.所以自然对流存在。　　4结论采用351的微珠玻璃球模拟井下换热器周围对流型地层是可行的；同轴套管式井下换热器内管绝热性能越好，热量输出越大；热量的提取主要是来自00他的上部分；低温水流量入口温度循环方式和多孔介质温度等是影响热量输出的主要因素，参考文献4林瑞泰。多孔介质传热传质引论肘。科学出版社，1995.