申请/专利权人：西安交通大学

申请日：2020-03-03

公开（公告）日：2020-07-17

公开（公告）号：CN111428346A

主分类号：G06F30/20(20200101)

分类号：G06F30/20(20200101);F24T10/17(20180101);G06F119/08(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.04.05#授权;2020.08.11#实质审查的生效;2020.07.17#公开

摘要：一种综合考虑换热‑阻力‑经济因素的无干扰地岩热换热器设计方法，可合理筛选换热器各部件的材料，并优化设计换热器的尺寸参数，综合考虑了换热器换热、流动特性和成本因素，实现一定成本下的性能最优化，从而达到提高换热性能、减小流动阻力、降低投资成本的目的，该方法对于无干扰地岩热换热器的设计和优化有着重要的指导意义和工程应用价值；以增强无干扰地岩热换热器换热、减少流动阻力、提高流动换热综合性能为原则。

主权项：1.一种综合考虑换热-阻力-经济因素的无干扰地岩热换热器设计方法，其特征在于包括以下步骤：1根据工程实际，确定无干扰地岩热换热器的设计目标参数：最小取热功率Qmin、最大允许压降Δpmax和最大允许投资成本Cmax；2建立无干扰地岩热换热器的流动传热模型与经济模型；3根据低温循环工质进口温度和浅土层岩土温度确定是否添加保温层；4根据工程实际对换热器各部件即内套管、外套管与回填层提出多种备选材料，通过部件间的材料组合，得到多种无干扰地岩热换热器，然后，基于步骤2构建的流动传热与经济模型，获得各换热器的流动换热特性与经济性，最后，优选出取热功率高、经济性好的一组材料组合作为无干扰地岩热换热器的基准材料；5初步设计无干扰地岩热换热器的结构参数：首先，针对外套管直径D1与钻井总深度H初步取值，接着，根据钻孔直径D0、钻井总深度H、外套管直径D1、外管壁厚δ1、内套管直径D2、内管壁厚δ2、内管长度Hnei、保温层深度Hbw、岩土温度分布以及内外套管及回填层填料的物性参数，初步计算无干扰地岩热换热器的取热功率Q；6判断步骤5所设计的无干扰地岩热换热器的实际取热功率Q是否满足设计要求：若Q≥Qmin，满足最低取热功率的设计要求，则进行步骤7；若Q＜Qmin，不满足最低取热功率的设计要求，则保持外套管直径D1不变，将钻孔深度H增大a米，通过增大钻井深度的提高无干扰地岩热换热器的实际取热功率，重复步骤6，直至实际取热功率Q符合设计要求；7判断所设计的无干扰地岩热换热器的实际流动压降Δp是否满足设计要求：对由步骤6确定的无干扰地岩热换热器进行流动过程模拟计算，获得其流动压降Δp，若Δp≤Δpmax，满足最大允许压降Δpmax的设计要求，则进行步骤8；若Δp＞Δpmax，不满足要求，则将外套管直径增大b毫米以减小换热器的流动压降，重复步骤7，直至Δp符合设计要求；8判断所设计的无干扰地岩热换热器的经济性是否满足设计要求：计算步骤7确定的无干扰地岩热换热器的经济特性，获得其实际投资成本C，若C≤Cmax，满足投资成本设计要求，则设计完成；若C＞Cmax，不满足要求，则将钻孔深度减小c米，同时计算无干扰地岩热换热器的换热特性与经济特性，重复步骤8，直到取热功率Q、流动压降Δp与投资成本C均符合设计要求为止，若钻孔深度减小到某一临界深度H0，取热功率恰好满足Q≥Qmin，但在H0-c深度下换热不满足要求Q＜Qmin，则选取临界深度H0下的换热器参数为最终设计结果，同时需要增大投资成本到临界深度H0下的投资成本。

全文数据：

权利要求：

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