某超长重力热管提取地热的热工分析及改进措施

【摘要】：相关利用地热能供暖的技术多是直接抽取地下热水,会造成地面沉降、地下热水无法回灌和二次污染等问题。超长重力热管提取深层地热技术具有安全可靠、保护地下水、无污染等特点可以避免产生上述问题,而此技术大多以专利的形式出现,基础理论有待深入研究。本文对超长重力热管提取深层地热技术进行理论分析和应用探讨,为今后此技术的有效利用提供一定的依据。陕西省某能源公司根据此技术专利搭建了热管试验井装置,作者针对现场热管试验井进行理论和实测数据分析,找出影响超长重力热管传热性能的因素,然后主要通过对热管井结构方面的改进,提高其传热性能。最后对热管试验井结构和工质方面作了进一步的设想。本文结合常规重力热管的实验经验和理论分析,可知现场热管试验井不受常规传热极限的影响,计算出充液率取10%时比较适合现场热管试验井。通过分析可知蒸发段液池部分的平均换热系数随管径增大而减小,现场热管试验井的管径过大,制约着其传热性能。其次,通过计算得出蒸汽流动阻力仅为561.7Pa,理论上得出蒸汽流可以流动到重力热管的顶端,但由于初试验中重力热管的传输段(绝热段)没有任何保温措施,导致蒸汽进入换热器之前已全部沿途凝结,对此进行了三次改进试验:第一次改进试验中通过设置分流管和管段两端附加铁丝网芯,观察到有少量的凝结水产生;第二次改进试验中通过设置套管,实测并计算得到水池侧最大换热量为174k W;第三次改进试验中通过设置导管,实测并计算得到水池侧最大换热量为190k W。最后,从管壁内表面工艺、蒸发段和传输段结构、工质选择等方面对热管试验井做了进一步的设想,为此技术后续研究做好铺垫。 【关键词】：超长重力热管 传热性能 深层地热 有效应用
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK529
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 热管概述9-14
• 1.2.1 热管的发展9-10
• 1.2.2 热管的定义10-11
• 1.2.3 热管的分类11-12
• 1.2.4 热管的特性12-13
• 1.2.5 热管的应用13-14
• 1.3 重力热管概述14-18
• 1.3.1 重力热管的工作原理14-15
• 1.3.2 重力热管的应用15-18
• 1.4 重力热管强化传热研究18-20
• 1.4.1 改变管壁内表面结构18-19
• 1.4.2 设置内插件19
• 1.4.3 多相流19-20
• 1.5 课题研究内容20-21
• 1.6 课题研究意义21-23
• 2 热管试验井简介及其传热理论分析23-37
• 2.1 超长重力热管提取地热技术简介23
• 2.1.1 工作原理23
• 2.1.2 特点23
• 2.1.3 存在的问题23
• 2.2 热管试验井试验过程及结果23-27
• 2.2.1 系统装置23-24
• 2.2.2 试验过程24-26
• 2.2.3 试验结果及分析26-27
• 2.3 热管试验井的传热分析27-29
• 2.3.1 蒸发段液池的换热27-28
• 2.3.2 蒸发段液膜的传热28-29
• 2.4 热管试验井的传热极限分析29-34
• 2.4.1 携带极限30-31
• 2.4.2 沸腾极限31-32
• 2.4.3 干涸极限32-33
• 2.4.4 声速极限33-34
• 2.5 本章小结34-37
• 3 热管试验井传热性能影响参数计算37-45
• 3.1 管内蒸汽流动压力损失ΔPV的计算37-38
• 3.2 蒸发段换热系数的计算38-41
• 3.3 充液率41-43
• 3.4 重力热管结构43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 热管试验井改进措施及改进设想45-55
• 4.1 第一次改进试验45-46
• 4.1.1 改进措施45-46
• 4.1.2 改进结果及分析46
• 4.2 第二次改进试验46-48
• 4.2.1 改进措施46-47
• 4.2.2 改进结果及分析47-48
• 4.3 第三次改进试验48-49
• 4.3.1 改进措施48
• 4.3.2 改进结果及分析48-49
• 4.4 进一步改进设想49-53
• 4.4.1 结构的设想49-52
• 4.4.2 工质的设想52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 结论与展望55-57
• 5.1 结论55
• 5.2 不足与展望55-57
• 参考文献57-65
• 攻读学位期间发表论文65-67
• 致谢67

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