(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211018081.9 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 肖东　蔡纯　陈丽萍　唐海军　 高若禹　刘明洁　刘亚川　李炫锟　 谌文湧　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 张敏 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 闭式循环地热利用系统最佳流 量设计方法 (57)摘要 本发明涉及地热供暖技术领域， 涉及一种闭 式循环地热利用系统最佳流量设计方法， 其包 括： S1、 输入闭式循环地热利用系统CGS基本参 数； S2、 基于CGS井筒传热数学模型计算一定流量 范围内的出口温度和取热功率； S3、 拟合得到出 口温度、 取热功率随流量变化的函数并得出 功 率与流量的关系函数； S4、 计算的 功率最大值 所对应的流量就是CGS最佳设计流量。 本发明从 能量品质角度确定了CGS最佳运行流量， 为CGS的 运行参数优化 提供了一定的理论依据。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 115270512 A 2022.11.01 CN 115270512 A 1.闭式循环地热利用系统最佳流 量设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 输入闭式循环地热利用系统CGS的基本参数； S2、 基于CGS井筒传热 数学模型计算设定的流 量范围内的出口温度和取 热功率； S3、 根据计算结果拟合出口温度、 取热功率随流量变化的函数并得 出 功率与流 量的关 系函数； S4、 在计算的运行流 量中， 功率最大值所对应的流 量就是CGS的最佳流 量Qopt； 即， 当流 量取Qopt时， 取得最大 功率， 有最大 可用功率。 2.根据权利要求1所述的闭式循环地热利用系统最佳流量设计方法， 其特征在于： S1中 所述的基本参数， 包括井身结构、 地温梯度、 工质、 管柱及地层的几何、 物性 参数。 3.根据权利要求1所述的闭式循环地热利用系统最佳流量设计方法， 其特征在于： S2中 所述的CGS井筒传热 数学模型， 包括： (1)岩层传热模型 传热区域内每一层岩层的导热 方程表示 为： 式中： a——参地层热扩散系数， m2/s； r——径向坐标， m； z——轴向坐标， m； T——地层 温度， K； t— —时间坐标， s； (2)芯管内工质传热模型 芯管内工质的能量方程 为： 其中： C＝qmc 以上各式中： Tf1、 Tf2——芯管内与环空内工质的温度， K； R1——单位长度芯管内外循环 工质间热阻之和， (m ·K)/W； C1——芯管单位长度的热容量， J/(m ·K)； C——工质的热容流 量， J/(s·K)； d1i、 d1o——芯管的内外径， m； h1、 h2——芯管内外壁与工质间的对流传热系 数， W/(m2·K)； λp1——绝热芯管的导热系数， W/(m ·K)； c——工质的比热， J/(kg ·K)； qm——工质质量流量， kg/s； ρ — —工质的密度， kg/m3； (3)环空内工质传热模型 环空内工质的能量方程 为： 其中：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270512 A 2以上各式中： R2——单位长度环空内工质与地层 间的热阻之和， (m ·K)/W； Tb——水泥 环外层温度， K； C2——套管的单位长度热容量， J/(m ·K)； d2i、 d2o——套管的内外径， m； h3——套管内壁与工质间对流传热系数， W/(m ·K)； λp2、 λc、 λg——套管、 水泥环及岩层的导 热系数， W/(m ·K)； db、 rb——井筒的直径和半径， m； TD——无量纲温度； tD——无量纲时间； τ ——工质与地层累计接触时间， s； (4)井筒内工质的压损模型 基于质量守恒、 动量守恒和流动阻力方程， 芯管及环空内工质压力的分布模型分别如 以下两个公式所示： 以上两式中： p1、 p2——芯管及环空内工质压力， Pa； g——重力加速度， 9.81m/s2； θ—— 井斜角，°； f1、 f2——芯管及环空内的流动摩阻系 数， 无量纲； v1、 v2——芯管及环空内工质 的平均流速， m/s。 4.根据权利要求1所述的地热供暖闭式循环地热利用系统最佳流量设计方法， 其特征 在于： S3中取 热功率与出口温度均为 流量的函数； 利用最小二乘法拟合出Φ(qV)与Tout(qV)的具体形式， 如下式所示。 以上两式中： a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h——使用最小二乘法拟合的系数； qV——CGS工质流量； T0、 Tout——环境及工质的出口温度， K。 5.根据权利要求 4所述的闭式循环地热利用系统最佳流 量设计方法， 其特 征在于： S3中 功率的计算公式为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270512 A 3