[发明专利]一种浅层套管换热器土壤热响应测试系统及方法

权利要求书

1.一种浅层套管换热器土壤热响应测试方法，该方法基于浅层套管换热器土壤热响应测试系统实现，所述基于浅层套管换热器土壤热响应测试系统包括：

套管组件，埋设于地层；

回填材料，填充于所述套管组件和地层之间；

热源装置，通过测试管道与所述套管组件连接；其特征在于，

所述测试管道包括给液管和回液管，其中所述给液管上安装有循环水泵和温度传感器，所述回液管上安装有流量传感器和温度传感器；

所述套管组件包括内管和外管，其中内管插设在外管中；

所述热源装置的加热功率可以调节；

所述循环水泵采用变频控制；

所述浅层套管换热器土壤热响应测试系统的设置方法为：

(1)循环水泵采用变频控制，根据具体测试项目进行设置，首先采用下述公式计算流量：

其中μ为流体粘度；r_pii为套管换热器内管内径；r_pio为套管换热器内管外径；r_poi为套管换热器外管内径；ρ为流体密度；c_f为流体体积热容；H为套管换热器深度；

然后将循环水泵流量W_f设置为W_f1、W_f2、W_f3中最大值；

(2)热源装置加热功率可以调节，加热功率Q为：Q＝4c_fW_f；

所述浅层套管换热器土壤热响应测试方法，包括以下步骤：

1)测试钻孔施工，安装套管换热器结束后，将套管换热器内充满水，静置1天时间，至施工对地下温度场影响消失；

2)热响应测试系统安装，设定循环水泵流量W_f，循环水泵流量在测试中保持恒定；进行无功循环测试，持续4～5小时，直至进出口流体温度达到平衡，获取初始地温T₀，所述无功循环即不开加热器；

3)设定热源加热器功率为Q，开始加热测试，连续测试且时间大于48小时，结束热响应测试，测试过程中加热器功率保持恒定；测试时连续记录套管换热器进水温度T_fin、出水温度T_fout、水循环流量W_f；

4)计算进出口流体平均温度

计算换热器加热平均功率c_f为流体体积热容；

水循环流量W_f平均流量

5)在对数时间坐标下观察进出口平均温度T_fm曲线形状，确定直线拟合起始时间ts，且要求ts大于等于10小时；去除时间ts之前的数据，利用剩下的数据在对数时间坐标下进行直线拟合，获得直线斜率a和截据b；

6)计算导热系数λ_s和钻孔内热阻R_b

H为套管换热器深度，R₁₂为内管流体和外管流体之间的热阻；

计算回填材料热阻R_s＝R_b-R_f2c-R_po，R_f2c为外管流体与外管内管壁之间的热阻、R_po为外管壁热阻。

2.根据权利要求1所述的浅层套管换热器土壤热响应测试方法，其特征在于，所述套管组件的埋设深度小于200米。