基于临界水力梯度的地下水源热泵取水量研究.pdf

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1、72FLUIDMACHINERYVo1．38，No．11，2010文章编号：1005～0329(2010)11—0072—05基于临界水力梯度的地下水源热泵取水量研究王松庆，张旭(同济大学，上海200092)摘要：对不同粒径砂粒组成的两种含水层的临界水力梯度进行了计算，并以临界水力梯度为基础对地下水源热泵临界取水量进行了理论计算和分析。结果表明目前常见实际工程的取水量通常大于临界取水量，易引起颗粒起动。使用填砾井作为取水井有助于满足工程设计取水量，同时有利于减少颗粒起动情况的发生。关键词：临界水力梯度；地下水源热泵；取水量；颗粒起动中图分类号：TQO51．5文献标识码：Adoi：10．3

2、969／j．issn．1005—3929．2010．11．018ResearchonPumpingDischargeofGWSHPBasedonCriticalHydraulicGradientWANGSong—qing，ZHANGXu(TongiiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Thecriticalhydraulicgradientoftwoaquifers，whichayecomposedofsandparticleswithdifferentdiameters，iscal—culated．Basedonthecriticalhyd

3、raulicgradientcalculated，thecriticalpumpdischargeforaGWSHPisdeterminedandanalyzedtheoretically．Resultsofthisstudyindicatethatthepumpdischargeobservedinpresentactualprojectsisgenerallygreaterthanthecriticalvalue．Thissituationresultsinthefrequentinitiationofparticlemotion．Itisalsoindicatedinthisstu

4、dythattheiniti—ationofparticlemotioncanbedecreasedandthedesignpumpdischargecanbemetwhenthegravelpackedwellisusedasthepumpingwel1．Keywords：criticalhydraulicgradient；groundwatersourceheatpump；pumpingdischarge；initiationofparticlemotion1前言水层的单井理论临界取水量和设计取水量进行比较和分析，为合理有效确定地下水源热泵单井取地下水源热泵系统存在众多优点的同时，在

5、水量提供帮助和参考。使用过程中也存在一些问题，如井壁坍塌及抽灌地下水而引起的井壁周围细颗粒介质重组2颗粒受力情况分析等¨J。上述问题产生的重要原因之一是地下水源热泵地下取水量大，连续运行时间长，地下水在临界水力梯度是以颗粒起动为基础确定的参数，而颗粒起动与颗粒受力情况有着直接的关系，渗流过程中对含水层产生侵蚀作用，使颗粒起动需在讨论临界水力梯度与取水量前，确定颗粒的脱离含水层，起动后的颗粒甚至与地下水一起运受力情况和起动方式。含水层颗粒在地下水渗流动。对于渗流侵蚀问题，国内外的研究主要集中时，受到的作用力主要包括拖曳力、颗粒的有效重在渗流对堤坝的危害等方面，包括管涌现象和颗度和升力。对于

6、粒径较小的颗粒(如黏粒等)，还粒输运等方面，而对于地下水源热泵这种新型空应考虑颗粒间的粘结力。调系统的研究相对较少“。本文以颗粒起动时2．1拖曳力对应的临界水力梯度为基础，结合地下水动力学由地下水渗流引起作用在颗粒上的拖曳力可由如中地下水运动的相关理论，对不同结构类型的含收稿日期：2009—10—16修稿日期：2010—10—07基金项目：国家“十一五”科技支撑项目(2006BAJOlB05)2010年第38卷第11期流体机械73下公式计算得到。完整球体；②颗粒的起动方式考虑为滚动脱离，绕FD=TjJV(1)粗糙凸起发生滚动，同时假设球体与粗糙突起接式中——颗粒受到的拖曳力，N触时二者均

7、不发生变形，为刚性接触，对图1颗粒，——水的重度，N／m的实际位置进行简化，简化结果如图2所示。颗颗粒的体积，m；当其为完整球体时，粒起动时需要满足的关系式如下：43FD×(P—)≥(FA+F一F)×D(3)=7r式中——颗粒受到的拖曳力，NR——球体颗粒的半径，m——颗粒受到的粘结力，N_，——水力梯度F——颗粒受到的升力，N2．2粘结力F——颗粒的有效重度，N颗粒间都存在一定的粘结力，其大小与颗粒L——粗糙高度，m的材料与物理化