ТЕМА: " Оцінка можливості підьому петрогеотермального тепла і розробка пропозицій щодо його вікористання "
Паливно-енергетичний комплекс відіграє особливу роль у народному господарстві України, забезпечуючи функціонування усіх без винятку ланок. У зв'язку з обмеженістю власних паливних ресурсів, у нашій країні все гостріше встає питання про використання інших, нетрадиційних джерел енергії. Одним з таких джерел є тепло Землі. У порівнянні з іншими видами, така енергія найбільш перспективна, широко роспосюджена та екологічно чиста.
Найпростіше використовувати її з джерел з поверхневими термальними проявами, тобто в місцях розломів земної поверхні, де виявляється активна вулканічна діяльність. Легко доступна вона в місцях з аномальним геотермічним градієнтом у районах Криму і Карпат, коли теплі шари землі розташовуються поблизу поверхні. Для всієї іншої території України, у тому числі і для Донбасу, геотермальне тепло відноситься до важко доступного для використання, з нормальним геотермічним градієнтом, що досягає величини трьох градусів на кожні 100 метрів глибини. Погодні умови впливають на розподіл температури, так що її ріст починає відбуватися не в поверхні, а від глибини ~ 33 м, де встановлюється постійна температура ~ 8ºС, не залежна від погодних умов на земній поверхні. Нижче цієї глибини температура ґрунту пропорційна глибині його закладення (геотермальному градієнту).
Одним, з найбільш простих способів підйому петрогеотермальной енергії є використання теплоносія. Для цих умов найпростішим пристроєм, призначеним для такого витягу, може служити теплообмінник типу "труба в трубі", зовнішня поверхня якого є обсадною трубою свердловини, а внутрішня, меншого діаметра, опущена в свердловину не до кінця вибою. Якщо по кільцевому зазору нагнітати теплоносій і одночасно по центральній трубі іншим насосом робити його відкачку, то теплоносій, буде нагріватися, контактуючи з поверхнею обсадної труби, температура якої буде відповідати температурі шару землі, що залягає. Досягши вибою свердловини, теплоносій почне підніматися по внутрішній трубі на поверхню. Вихідна геотермальна ступінь поблизу свердловини поступово буде змінюватися. Тому така система буде функціонувати тільки визначений період, поки не наступить сталий теплообмін між припливом тепла з недр Землі і теплом, що відбирається, свердловиною.
Для аналізу можливості підйому петрогеотермального тепла в роботі розглянута сполучена задача теплообміну в наступній постановці.
Нехай вертикальна свердловина глибиною H2 і діаметром 2×R2 пробурена в товщі ґрунту, радіусом R3. Вона виконана герметичною так, що приплив ґрунтової води відсутній. У початковий момент часу температура по всій товщі ґрунту змінюється з глибиною за тим самим законом. Теплофізичні властивості ґрунту і води λ, Сp, ρ постійні величини. В центрі свердловини вставлена труба діаметром 2×R1, а в кільцевий зазор подається вода з вихідною температурою tи і витратою G. На поверхні землі температура складає t0=±50ºС, а на глибині H1=33 м температура ґрунту tн=8ºС, температура води на виході зі свердловини tК, є шуканим параметром.
Сполучена задача розв’язується в два етапи.
Спочатку розв’язується рівняння збереження енергії в рухливих середовищах для води в свердловині до встановлення середньо масової температури води на виході зі свердловини. За знайденим полем температур, визначається розподіл локальних теплових потоків по поверхнях свердловини.
Другий етап – це визначення температурного поля, де розв’язується рівняння Фур'є для твердих порід. Знайдене поле температур на стінах свердловини тепер будуть граничною умовою для наступного етапу розв’язання. Геотермічний градієнт тепер буде змінним. Обидва етапи повторюються до моменту, коли встановиться температура на виході зі свердловини і новий геотермічний градієнт.
Розв’язання сформульованої задачі відбувається чисельним кінцево-різницевим методом, а його аналіз дає можливість визначити ефективність використання такого джерела енергії.
Якщо Вас зацікавила тема дослідження
даної магістерської роботи та Ви бажаете
дізнатися про це докладніше, пишіть по
:
Simonka_Tatyana@mail.ru.