付必伟，孙 琳，张 思

(长江大学 机械工程学院，湖北 荆州 434023)

引言

地热能作为一种可再生的清洁能源，具有资源量巨大、零排放污染、热能连续性好等特点[1-3]，可以有效替代煤炭等化石燃料，减少CO2排放对环境的影响，加快实现“碳达峰”和“碳中和”。开采地热能的方式主要有“取水取热”型和“取热不取水”型两种，其中“取热不取水”型采用循环流体换热，避免了直接“取水取热”导致的腐蚀结构以及回灌等问题，市场应用广泛[4]。井下换热器是“取热不取水”方法的关键技术，目前，常见的井下换热器形状包括：单/双 U 形、螺旋形及同轴套管等。其中，同轴套管式深井换热器(Coaxial Borehole Heat Exchanger，CBHE)因其换热面积最大，换热效率较高而被广泛应用[5]，但其换热性能的影响因素及变化规律还有待进一步研究。

近些年国内外许多学者采用解析方法和数值方法对同轴套管式深井换热器换热性能进行了分析，得到了许多有意义的结果。在解析方法方面，LUO Y Q等[6]通过建立一个分段的有限圆柱热源模型，研究了深井换热器的管道尺寸比、入口热流量和初始土壤温度分布函数对换热性能的影响； BEIER R A等[7]建立了同轴钻孔的瞬态传热模型，并基于拉普拉斯变换得到岩石层变化的解析解；孔彦龙等[8]介绍了OpenGeoSys数值模拟软件在浅层地热能的流体温度变化预测、水热型地热能开发过程中的采灌井距优化、结垢机理和干热岩开发过程中的渗透性演化等方面的应用实例；马玖辰等[9]基于建立深井换热器进(出)水管、固井水泥温度以及热储层过余温度的瞬态解析解，结果得到随着渗流速度的增大，深井换热效率会得到增强。……