Alacsony és közepes entalpiájú geotermális rendszerek h ő transzport-modellezése
Tari Csilla1 III. évf. PhD. hallgató Témavezetők: Szanyi János1 és
Kovács Balázs2
1Szegedi Tudományegyetem Ásvány Kőzettani és Geokémiai Tanszék
2Miskolci Egyetem Hidrogeológiai - Mérnökgeológiai Tanszék
Alacsony és közepes entalpiájú geotermikus rendszerek hőtranszport modellezése
Alacsony
<60 °C Közepes
< 150 °C
Nyílt Zárt
Nyílt Zárt
Mérnöki megközelítés
Hidrológiai megközelítés
Csőmodell Nagyméretű mező
Peremekkel befolyásolt porózus Vetőkkel befolyásolt repedezett
Koaxiális Kevert ammóniás
• Az általam modellezett h
1 db U 1 db U –– alakú cs alakú cs ő ő h h ő ő
őcseréltranszport modellezése véges transzport modellezése véges
ő műszaki adataidifferencia módszerrel
differencia módszerrel
H ő mérséklet évszakos váltakozása a mélységgel H ő mérséklet évszakos váltakozása a mélységgel
Völgyesi L.
°c eltelt idő (h)
kifolyóvíz hőmérséklete (°C)
2 4.0
4 4.4
6 4.9
8 5.4
10 5.9
12 6.3
• Az általam modellezett h
1 db U 1 db U –– alakú cs alakú cs ő ő h h ő ő
őcseréltranszport modellezése véges transzport modellezése véges
ő műszaki adataielemes módszerrel elemes módszerrel
• Véges-elem módszer - A módszer során alapfeladat:
a modellezett teret a modellezett teret tetszőleges számú csomópontra, és az azokat összekötő
vonalak által határolt elemekre osztjuk fel alap adatrendszer hozzáigazítható a geometriához
Modell tesztelése az els ő 9.5 nap alatt Modell tesztelése az els ő 9.5 nap alatt
eltelt napok
száma Időtartam
(h) Üzemmód
átlagos teljesítmény
[W/m]
1 24 üzemelő 51.78
1.5 12 szünetelő 0
2 12 üzemelő 39.36
2.5 12 szünetelő 0
3 12 üzemelő 40.44
3.5 12 szünetelő 0
4 12 üzemelő 48.04
4.5 12 szünetelő 0
• A modellt 9.5 napra teszteltük
• Általában 12 h üzemidő után 12 h nyugalmi időszak következett, kivéve az első periódus után
• Teljesítmény kiszámítása:
Q T
c
P = ⋅ ⋅
J
J
4.5 12 szünetelő 0
5 12 üzemelő 41.22
5.5 12 szünetelő 0
6 12 üzemelő 42.82
6.5 12 szünetelő 0
7 12 üzemelő 43.03
7.5 12 szünetelő 0
8 12 üzemelő 42.26
8.5 12 szünetelő 0
9 12 üzemelő 41.62
9.5 12 szünetelő 0
• Melyből az átlagos teljesítmény:
A bemenő és kimenő ág közti hőmérséklet különbség *
etilénglikol térfogati hőkapacitása *átlagos
tömegáram (1 m3/h) alapján lett kiszámítva
Q T
c
P = m ⋅ ⋅
kg⋅oC
kg⋅oC
A
B
A B C
A használt végeselem háló és a cs ő menti h ő mérséklet A használt végeselem háló és a cs ő menti h ő mérséklet eloszlás
eloszlás
°C
2 nap múlva 36 h üzemidő után Kezdeti
hőmérséklet eloszlás
3.5 nap múlva 48 h üzemidő után
Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet eloszlás
eloszlás
A kinyert hõflusxus, idõlpcsõnként a 9 napos üzemelési idõ alatt [J/s]
12000 14000
mérséklet
0 2000 4000 6000 8000 10000
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265
eltelt idõ [h]
teljesítmény[J/s] Bemenő ágon beérkezett hőmérséklet
Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet eloszlás
eloszlás
A kinyert hõflusxus, idõlpcsõnként a 9 napos üzemelési idõ alatt [J/s]
12000 14000
mérséklet
0 2000 4000 6000 8000 10000
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265
eltelt idõ [h]
teljesítmény[J/s] Bemenő ágon beérkezett hőmérséklet
Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet eloszlás
eloszlás
A kinyert hõflusxus, idõlpcsõnként a 9 napos üzemelési idõ alatt [J/s]
12000 14000
mérséklet
0 2000 4000 6000 8000 10000
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265
eltelt idõ [h]
teljesítmény[J/s] Bemenő ágon beérkezett hőmérséklet
Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet eloszlás
eloszlás
A kinyert hõflusxus, idõlpcsõnként a 9 napos üzemelési idõ alatt [J/s]
12000 14000
mérséklet
0 2000 4000 6000 8000 10000
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265
eltelt idõ [h]
teljesítmény[J/s] Bemenő ágon beérkezett hőmérséklet
Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet Teljesítmény és vertikális h ő mérséklet eloszlás
eloszlás
A kinyert hõflusxus, idõlpcsõnként a 9 napos üzemelési idõ alatt [J/s]
12000 14000
mérséklet
0 2000 4000 6000 8000 10000
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265
eltelt idõ [h]
teljesítmény[J/s] Bemenő ágon beérkezett hőmérséklet
Véges elemek számának csökkentési lehet ő ségei I.
Véges elemek számának csökkentési lehet ő ségei I.
• Folyadék sebességvektorának kiszámítása – Re szám – Meghatározza a konvektív hőátadással átadható hő mennyiségét
- Porózus környezetben Re < 1 Darcy törvény
- Csövekben Re < 2300 Lamináris áramlás –
Hagen - Poiseuielle törvény vm
ax
Hagen - Poiseuielle törvény
- Csövekben Re >2300 turbulens áramlás –
részecskék rendezetlen mozgása
vmax
r
v
r
v
• 2D cella alkalmazása - csőben a sugár irányú hőmérséklet változások elhanyagolása
- a cső hőt szállít vertikális
Véges elemek számának csökkentési lehet ő ségei II.
Véges elemek számának csökkentési lehet ő ségei II.
- a cső hőt szállít vertikális irányban
- a csőfal hőt ad le és vesz föl horizontális irányban
• A hőátadási tényező a Pe szám függvényében változik – ily módon egyszerűsödik és érvényesül a konvektív és konduktív hőátadás alapegyenlet rendszere
TRT
TRT –– teszt, kiértékelés, szélesebb kör teszt, kiértékelés, szélesebb kör ű ű kalibrációs kalibrációs lehet ő ségek
lehet ő ségek
A teszt során előzetesen felmelegített folyadék a telepített földhő szondában kering és a
hőmérsékletváltozást folyamatosan mérik.
A teszt során regisztrálják a belépő és kilépő folyadék hőmérsékletét, a külső hőmérsékletet és a fűtési teljesítményt.
Mindez lehetővé teszi, az adatok felhasználását kalibráció céljára
További tervek További tervek
• Csőgeometria szerepének modellezése
– Ehhez különféle geometriájú csövek
méretarányos rajzának elkészítése Solid Edge programmal.
Alacsony és közepes entalpiájú geotermikus rendszerek hőtranszport modellezése
Alacsony
<60 °C Közepes
< 150 °C
Nyílt Zárt
Nyílt Zárt
Mérnöki megközelítés
Hidrológiai megközelítés
Csőmodell Nagyméretű mező
Peremekkel befolyásolt porózus Vetőkkel befolyásolt repedezett
Koaxiális Kevert ammóniás
Budapest X. ker. 60 szondás h ő szivattyúmez ő modellezése Budapest X. ker. 60 szondás h ő szivattyúmez ő modellezése véges elemes rendszerben
véges elemes rendszerben
Hidro-Geodrilling Kft. –által létesített
64 szondából álló hőszivattyú mező, több éven keresztül tartó folyamatos hőmérséklet méréssel (talajszonda monitoring rendszer) (Mo. –on ilyenből 3 db van)
Szondák egymásra hatásának vizsgálata Szondák egymásra hatásának vizsgálata
9.6 10.710.7
9.6
10.18 10.29
13 °C
Location of the U-tubes
Mért számolt adatok összevetése Mért számolt adatok összevetése
30 m -en számolt hőmérsékletingadozás 60 m -en számolt hőmérsékletingadozás
eltelt napok száma hőmérséklet [°C ]
A 9 napos működési idő alatt számolt hőmérsékletértékek, a hőcserélőcső mentén, 12 h működő és 12 h szünetelő üzemmódban
