地下水源热泵（GWHP）以地下水为热源，具有高效节能，污染小等优点。目前，学者们对地下水源热泵系统换热规律的数值模拟研究较多，但在基于有限元或有限差的数值计算中对井结构的处理较为简单，难以对其进行精准刻画，包括井径、抽灌井滤水管长度、抽灌井滤水管高差，与实际情况都存在一定差距，在水-热耦合作用下抽灌井结构对地下水源热泵换热影响规律的物理试验方面的研究尚不完善。
针对以往研究不足，2021年10月，我院束龙仓教授（第二作者、通讯作者，第一通讯单位）指导李玉喜博士，在力学和热力学顶级期刊Energy Conversion and Management（中科院一区）发表题为Effect of pumping-recharge well structures on heat transfer characteristics of double-well groundwater heat pump systems considering hydrothermal coupling的论文。论文通过构建室内地下水源热泵系统换热试验装置，在不同滤水管长度（LPRS）和滤水管高差（DPRS）的试验情景下，探究了抽灌流量和回灌水温度对抽水温度的影响，开展了水-热耦合作用下地下水源热泵系统换热规律室内试验研究。结果表明：随着抽灌流量的增加，滤水管长度对抽水温度及热贯通时间的影响逐渐减小，而滤水管高差对抽水温度的影响逐渐加大；滤水管长度对抽水温度的影响程度几乎不随回灌水温度的变化而发生改变，但滤水管高差对抽水温度的影响程度与回灌水温度呈正相关关系。此外，敏感性分析结果表明，抽灌井滤水管高差比抽灌井滤水管长度对抽水温度的影响更显著，因此，在设计地下水源热泵系统时，必须考虑滤水管高差和滤水管长度之间的差异。试验结果可为地下水源热泵的设计及运行方案提供理论依据。
论文链接：Li Y., Shu L., Xiao R., Tao Y., Niu S., Wang Z. (2021). Effect of pumping-recharge well structures on heat transfer characteristics of double-well groundwater heat pump systems considering hydrothermal coupling. Energy Conversion and Management, 249, 114871. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021. 114871.
图1 室内物理装置三维示意图
图2 室内物理试验装置前视图
图4 不同回灌水温度下抽水温度的变化
图5 试验参数对抽水温度敏感性分析
