深部矿井埋管充填体换热器蓄/释热过程中的热干扰问题

作     者：张波 杨紫桐 刘浪 赵玉娇 郇超 王美 屠冰冰 ZHANG Bo;YANG Zitong;LIU Lang;ZHAO Yujiao;HUAN Chao;WANG Mei;TU Bingbing

作者机构：西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 西安科技大学理学院陕西西安710054 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第3期

页      面：1155-1168页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51874229) 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2022JM-173) 陕西省教育厅专项科学研究计划资助项目(21JK0766) 

主　　题：热干扰 埋管充填体换热器 蓄/释热性能 季节性储能 蛇形埋管 

摘      要：矿床开采形成的丰富地下空间为太阳能等可再生能源的大规模存储提供了基本条件。将地埋管换热器置入矿井充填体中构建出具有蓄/释热功能的埋管充填体换热器是实现太阳能等可再生能源跨季节存储的新方法,但是热干扰问题会影响其蓄/释热性能而不容忽视。利用COMSOL仿真软件建立并验证了典型蛇形埋管充填体换热器的三维非稳态传热模型,通过管间热干扰系数(I_(tub))和层间热干扰系数(I_(lay))量化研究了管间距、管径、充填体导热系数和比热容对埋管充填体换热器的单层蛇形管管间和多层蛇形管层间热干扰影响,通过引入相对灵敏度参数讨论分析了管间和层间热干扰对研究参数的敏感度。结果分析表明,I_(tub)随蓄/释热时间呈先下降后上升的变化趋势,整体变化不大(0.92~1.00),说明单层蛇形管管间热干扰影响较小。I_(lay)呈单调显著递减,在蓄/释热阶段末分别低于0.25和0.49,说明多层蛇形埋管层间热干扰随着蓄/释热的进行严重恶化。通过灵敏度分析发现,I_(lay)对研究参数的敏感度明显高于I_(tub)。I_(lay)对充填体比热容、管间距、充填体导热系数和管内径的敏感度依次降低,其中充填体比热容和管间距为正面影响,另外2个为负面影响。I_(tub)在蓄/释热的大部分时间段对管间距最敏感。本研究量化了关键参数对埋管充填体换热器热干扰的影响,为优化蛇形埋管布置及充填材料制备以降低热干扰影响提供了依据。