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研究亮点
● 开发 DBHE 的热产率列线图：该研究引入了简化、透明的分析模型和列线图来估算同轴深孔热交换器 (DBHE) 的热产率，有助于减少对资源密集型数值建模的依赖。
● Beier (2020) DBHE 模型：利用 Beier 的分析模型通过改变 DBHE 深度和岩石热导率来生成列线图，从而获得与行业标准 Earth Energy Designer 软件和 OpenGeoSys 数值模型一致的结果。
● 钻孔热阻评估：证明由于内部热传递，有效钻孔热阻 (Rb,eff) 会随着 DBHE 深度的增加而增加，该模型提供了保守的热功率输出估计值。
● 套管钻孔和裸眼钻孔的比较：重点介绍了套管钻孔和裸眼钻孔之间的热输出差异，表明裸眼配置由于灌浆的热阻较低而产生的热输出略高。
● 简化分析模型的应用：验证了简化分析模型在 DBHE 早期可行性研究中的使用，表明此类模型可以成为有效的首次估算工具，从而减少了对复杂数值模拟的需求。
摘要：数值模拟同轴深孔换热器（DBHEs）可能会耗费大量资源。对于开发人员和地质学家来说，更简单、透明的分析模型和计算图对评估热量输出将非常有价值。
本文使用Beier发表的分析计算模型，通过系统地改变DBHE的深度和岩石的导热系数，假设两种通用简化的DBHE设计，地热梯度为25°C/km，流体循环速率为5升/秒，来生成地热产量的计算图。一个1000米深的DBHE在导热系数为1.6–3.6 W/m·K的条件下，连续25年的热量产出范围为27.3至54.8千瓦。对于3000米深的DBHE，其热量产出范围为165至281千瓦。由于上流和下流元素之间的内部热传递，随着DBHE深度的增加，有效钻孔热阻（Rb,eff）显著增加。
模拟结果与浅200米同轴BHE的行业标准Earth Energy Designer软件结果相符。它们对1000-3000米深的DBHE模拟热量产出低估了2-4%。模拟的温度演变与分析“线热源”方法非常接近，暗示了较简单的分析方法在DBHE模拟中是可行的。未来的研究应重点关注Rb,eff的前瞻性量化方法。
结果解读：研究结果显示，DBHEs的热量产出随深度和岩石导热系数的增加而增加。在1000米深的DBHE中，连续25年的热量产出范围为27.3至54.8千瓦，而在3000米深的DBHE中，热量产出范围为165至281千瓦。有效钻孔热阻（Rb,eff）随DBHE深度增加而显著增加，这主要是由于上流和下流元素之间的内部热传递所致。模拟结果与浅200米同轴BHE的行业标准Earth Energy Designer软件结果相符，对1000-3000米深的DBHE模拟热量产出的低估范围在2-4%。模拟的温度演变与分析“线热源”方法非常接近，验证了简化分析方法在DBHE模拟中的可行性。
图. DBHE 的示意图。来源：根据 Cai 等人 (2022) 修改并根据 CC BY 许可复制 © 2022 Cai, Wang, Jiang, Wang, Liu 和 Chen。
图. 研究总体方法的流程图；𝜆为岩石热导率。
要点问答
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
原文链接：https://doi.org/10.1144/qjegh2023-162
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