CYFROWA SYMULACJA WYDAJNOŒCI CIEPLNEJ G OWICY GEOTERMALNEGO WYMIENNIKA W SYSTEMIE JEDNOOTWOROWYM



Podobne dokumenty
DUAL SIMILARITY OF VOLTAGE TO CURRENT AND CURRENT TO VOLTAGE TRANSFER FUNCTION OF HYBRID ACTIVE TWO- PORTS WITH CONVERSION

Obszar zastosowań jednoobiegowej podkrytycznej siłowni ORC w elektrowni zasilanej wodą geotermalną z jednego i dwóch źródeł ciepła

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

Knovel Math: Jakość produktu

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

AN EFFECT OF FLOW NON-UNIFORMITY IN EARTH-TO-AIR MULTI-PIPE HEAT EXCHANGERS (EAHEs) ON THEIR THERMAL PERFORMANCE

Hard-Margin Support Vector Machines

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

THE TEMPERATURE DISTRIBUTION AROUND THE SINGLE VERTICAL GROUND HEAT EXCHANGER CALCULATED BY THE USAGE OF THE METHOD OF ELEMENTARY BALANCES


Energetyczna ocena efektywności pracy elektrociepłowni gazowo-parowej z organicznym układem binarnym

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

Weronika Mysliwiec, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

SSW1.1, HFW Fry #20, Zeno #25 Benchmark: Qtr.1. Fry #65, Zeno #67. like

Few-fermion thermometry


Domy inaczej pomyślane A different type of housing CEZARY SANKOWSKI

Badania i geotermalne projekty inwestycyjne w Polsce przegląd

The analysis of the energy demand for heating and cooling of the house built on the basis of the traditional Canadian wood-frame construction

ROZPRAWA DOKTORSKA. Model obliczeniowy ogrzewań mikroprzewodowych

RESONANCE OF TORSIONAL VIBRATION OF SHAFTS COUPLED BY MECHANISMS

OpenPoland.net API Documentation


WENTYLATORY PROMIENIOWE SINGLE-INLET DRUM BĘBNOWE JEDNOSTRUMIENIOWE CENTRIFUGAL FAN

Ankiety Nowe funkcje! Pomoc Twoje konto Wyloguj. BIODIVERSITY OF RIVERS: Survey to students

Has the heat wave frequency or intensity changed in Poland since 1950?

y = The Chain Rule Show all work. No calculator unless otherwise stated. If asked to Explain your answer, write in complete sentences.

Przewody do linii napowietrznych Przewody z drutów okrągłych skręconych współosiowo

MaPlan Sp. z O.O. Click here if your download doesn"t start automatically

Aerodynamics I Compressible flow past an airfoil

WYKORZYSTANIE SYSTEMU Mathematica DO ROZWIĄZYWANIA ZAGADNIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA

Zmiany techniczne wprowadzone w wersji Comarch ERP Altum

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

TYRE PYROLYSIS. REDUXCO GENERAL DISTRIBUTOR :: ::

Sargent Opens Sonairte Farmers' Market

Outline of a method for fatigue life determination for selected aircraft s elements

Analysis of Movie Profitability STAT 469 IN CLASS ANALYSIS #2

PRÓBY EKSPLOATACYJNE KOMPOZYTOWYCH WSTAWEK HAMULCOWYCH TOWAROWEGO

WPŁYW TEMPERATURY W POMIESZCZENIACH POMOCNICZYCH NA BILANS CIEPŁA W BUDYNKACH DLA BYDŁA

Linear Classification and Logistic Regression. Pascal Fua IC-CVLab

PORTS AS LOGISTICS CENTERS FOR CONSTRUCTION AND OPERATION OF THE OFFSHORE WIND FARMS - CASE OF SASSNITZ

ERASMUS + : Trail of extinct and active volcanoes, earthquakes through Europe. SURVEY TO STUDENTS.

CATALOGUE CARD LEO S L XL / BMS KARTA KATALOGOWA LEO S L XL / BMS

Twoje osobiste Obliczenie dla systemu ogrzewania i przygotowania c.w.u.

Rozpoznawanie twarzy metodą PCA Michał Bereta 1. Testowanie statystycznej istotności różnic między jakością klasyfikatorów

AGREGATY W WERSJI CHŁODZĄCEJ I POMPY CIEPŁA

Dominika Janik-Hornik (Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach) Kornelia Kamińska (ESN Akademia Górniczo-Hutnicza) Dorota Rytwińska (FRSE)

DOI: / /32/37

HAPPY ANIMALS L01 HAPPY ANIMALS L03 HAPPY ANIMALS L05 HAPPY ANIMALS L07

HAPPY ANIMALS L02 HAPPY ANIMALS L04 HAPPY ANIMALS L06 HAPPY ANIMALS L08

Heat Pump Manager (HPM)

Instrukcja konfiguracji usługi Wirtualnej Sieci Prywatnej w systemie Mac OSX

Ukryte funkcjonalności w oprogramowaniu i urządzeniach elektronicznych. mgr inż. Paweł Koszut

S U WA K I K R Z Y W K O W E

POLITECHNIKA WARSZAWSKA. Wydział Zarządzania ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr Marcin Chrząścik

OPIS KONSTRUKCJI DESIGN DESCRIPTION

deep learning for NLP (5 lectures)

Typ VFR. Circular flow adjustment dampers for the adjustment of volume flow rates and pressures in supply air and extract air systems

THE INFLUENCE OF THE ENGINE LOAD ON VALUE AND TEMPERATURE DISTRIBUTION IN THE VALVE SEATS OF TURBO DIESEL ENGINE

ARNOLD. EDUKACJA KULTURYSTY (POLSKA WERSJA JEZYKOWA) BY DOUGLAS KENT HALL

The Overview of Civilian Applications of Airborne SAR Systems

Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

EGARA Adam Małyszko FORS. POLAND - KRAKÓW r

Revenue Maximization. Sept. 25, 2018

DELTA 600 corner left with TÜV certi ed

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

Towards Stability Analysis of Data Transport Mechanisms: a Fluid Model and an Application

DELTA 600 corner right with TÜV certi ed

WPŁYW WYKORZYSTANIA INSTALACJI FOTOWOLTAICZNEJ ZASILAJĄCEJ POMPĘ CIEPŁA W OKRESIE OGRZEWCZYM NA WSKAŹNIK EK I EP CHARAKTERYSTYKI ENERGETYCZNEJ BUDYNKU

PROGNOZOWANIE LICZBY PODRÓ Y ABSORBOWANYCH PRZEZ MIASTO

Modelowanie zagadnień cieplnych: analiza porównawcza wyników programów ZSoil i AnsysFluent

SubVersion. Piotr Mikulski. SubVersion. P. Mikulski. Co to jest subversion? Zalety SubVersion. Wady SubVersion. Inne różnice SubVersion i CVS

OSI Network Layer. Network Fundamentals Chapter 5. Version Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public 1

Typ VFR. Circular flow adjustment dampers for the adjustment of volume flow rates and pressures in supply air and extract air systems

Planning and Cabling Networks

OCENA EFEKTYWNOŒCI PRACY ELEKTROCIEP OWNI GEOTERMALNEJ Z SI OWNI ORC, WSPOMAGANEJ ZESPO EM TURBINY GAZOWEJ

Instrukcja obsługi User s manual

miniature, low-voltage lighting system MIKRUS S

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Stargard Szczecinski i okolice (Polish Edition)

OCENA WYDAJNOŚCI ENERGETYCZNEJ WYMIENNIKA GRUNTOWEGO POMPY CIEPŁA W DWÓCH RÓŻNYCH KONFIGURACJACH 1

CEE 111/211 Agenda Feb 17

OBWIESZCZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY. z dnia 18 kwietnia 2005 r.

Jak zasada Pareto może pomóc Ci w nauce języków obcych?

STEROWANIA RUCHEM KOLEJOWYM Z WYKORZYSTANIEM METOD SYMULACYJNYCH

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

GLIKOLOWE PRZEMYSŁOWE CHŁODNICE POWIETRZA BRINE UNIT COOLERS

Wprowadzenie do programu RapidMiner, część 5 Michał Bereta

DM-ML, DM-FL. Auxiliary Equipment and Accessories. Damper Drives. Dimensions. Descritpion

Odpowietrznik / Vent Charakterystyka pracy / Performance characteristic: Wykres ciœnienia wyjœciowego p2 w funkcji ciœnienia steruj¹cego p4 Diagram -

Effective Governance of Education at the Local Level

Rev Źródło:

Pielgrzymka do Ojczyzny: Przemowienia i homilie Ojca Swietego Jana Pawla II (Jan Pawel II-- pierwszy Polak na Stolicy Piotrowej) (Polish Edition)

Metody obliczania izolacyjności akustycznej między pomieszczeniami w budynku według PN-EN :2002 i PN-EN :2002

Emilka szuka swojej gwiazdy / Emily Climbs (Emily, #2)

Zasady rejestracji i instrukcja zarządzania kontem użytkownika portalu

CATALOGUE CARD KM S L XL KARTA KATALOGOWA KM S L XL

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

Transkrypt:

Tomasz KUJAWA, W³adys³aw OWAK Politechnika Szczeciñska Katedra Techniki Cieplnej Al. Piastów 9, 70-0 Szczecin Tel.: +48 (9) 44947, Tel./Fax: +48 (9) 449459 E-mail: awajuk@safona.ps.pl Proceedings of International Scientific Conference "Geothermal Energy in Underground Mines" ovember -, 00, Ustroñ, Poland CYFOWA SYMULACJA WYDAJOŒCI CIEPLEJ G OWICY GEOTEMALEGO WYMIEIKA W SYSTEMIE JEDOOTWOOWYM UMEICAL SIMULATIO OF HEAT EXTACTIO I THE GEOTHEMAL PAT OF THE EXCHAGE I OE-HOLE SYSTEM STESZCZEIE ABSTACT Przy pozyskiwaniu energii geotermalnej w ciep³owniach i elektrociep³owniach, w przypadku zmineralizowanych wód geotermalnych, stosowane s¹ dwu i jednootworowe systemy wydobywczo-zat³aczaj¹ce. W tym ostatnim przypadku zastosowanie znajduje pionowa sonda geotermalna, to jest wymiennik sk³adaj¹cy siê z dwóch czêœci. Jedna czêœæ wymiennika umieszczona jest w z³o u geotermalnym, w której przep³ywaj¹cy noœnik energii pobiera ciep³o od wody geotermalnej. Druga jego czêœæ - wymiennik typu "rura w rurze" znajduje siê w nieprzepuszczalnym masywie skalnym. oœnik energii, kana³em pierœcieniowym, doprowadzany jest do czêœci geotermalnej wymiennika, gdzie dalej podwy sza swoj¹ temperaturê. Wyp³yw noœnika energii na powierzchniê ziemi odbywa siê rur¹ wewnêtrzn¹. Wprawdzie wymiana ciep³a odbywa siê w obu czêœciach sondy geotermalnej, jednak istotny wp³yw na wielkoœæ pozyskiwanej energii geotermicznej ma ta czêœæ wymiennika, która umieszczona jest w z³o u geotermalnym. odzaj zastosowanego wymiennika ma istotny wp³yw na iloœæ pozyskiwanego ciep³a geotermalnego. Dlatego te w referacie autorzy przedstawili wyniki obliczeñ wydajnoœci cieplnej dla dwóch rodzajów wymienników (Fielda i œrubowego). Obliczenia przeprowadzone zosta³y przy zastosowaniu dwóch modeli obliczeniowych. W pierwszym przyjêto za³o enie, e znane jest pole temperatury oraz zastêpczy wspó³czynnik przenikania ciep³a. W drugim przypadku wymiennik ten traktuje siê jako wymiennik krzy owopr¹dowy z jednym niemieszaj¹cym siê czynnikiem. Przyjêto tak e, e znane jest pole temperatury oraz wspó³czynnik przenikania ciep³a. W obu przypadkach przyjêto, e pole temperatury w z³o u geotermalnym zmienia siê liniowo, podobnie jak w masywie skalnym. Aby uproœciæ obliczenia, we wszystkich porównywanych wariantach, przyjêto takie same warunki wymiany ciep³a w drugiej czêœci wymiennika typu rura w rurze, przy za³o eniu, ze rura wewnêtrzna jest doskonale zaizolowana. Porównanie wyników obliczeñ wydajnoœci cieplnej dla wymienników: Fielda i œrubowego uzyskanych przy zastosowaniu obu modeli obliczeniowych, przedstawione zosta³y w formie odpowiednich wykresów ilustruj¹cych wp³yw wspó³czynnika przenikania ciep³a oraz pojemnoœci cieplnej czynników. ecenzent / eviewer: dr Koji Morita Geothermal plants and power stations can work as one-hole systems with an injection and production well, or as two-hole systems. The one-hole system operates using a vertical geothermal probe. It is an exchanger that has two parts. One part is immersed in a geothermal deposit, where the heat extraction medium takes heat from geothermal water. The other part of the exchanger, a double-pipe exchanger, is located in the impermeable rock massif. The extraction medium is conducted through a rig-shaped channel to the geothermal part of the exchanger, where its temperature rises. The heat extraction medium flows up to the ground through the inner pipe. However, the heat exchange takes place in both parts of the exchanger, and the part of the exchanger located in the geothermal deposit has a considerable impact on the amount of geothermal energy gained. The type of exchanger also influences the amount of heat extracted. The results of exchanger calculations on heat extraction for two types of exchanger (Fields * exchanger and a spiral-tube exchanger) are presented. The calculations were carried out using two computational models. In the first model it was assumed that the temperature field and the overall heat transfer coefficient were known. In the second, the exchanger was considered to be a cross-counter-flow heat exchanger with a single non-mixing fluid. It was also assumed that the temperature field and the overall heat transfer coefficient were known in this case too. In both cases, it was assumed that the temperature field in a geothermal deposit changes linearly in a vertical direction, as is the case in a rock massif. To simplify the calculations, in all the cases the same conditions for the double-pipe heat exchanger part were taken into account. Also, it was assumed that the inner pipe was perfectly insulated. Comparisons of the results of the heat extraction calculations for the Field exchanger and the spiraltube exchanger, obtained using both computational models, are presented as graphs. The graphs illustrate the impact of the overall heat transfer coefficients and heat extraction rates. * * * * * * * The geothermal Field exchanger, shown in Figs. and, is part of the system used to pump out hot water from the rock under the Earths crust. 8

WSTÊP Ciep³ownie geotermalne najczêœciej pracuj¹ w uk³adach dwuotworowych z otworami wydobywczym i zat³aczaj¹cym. W takich uk³adach na podstawie znanych modeli obliczeniowych [,,,4,5] mo na w stosunkowo prosty sposób, z dostateczn¹ dok³adnoœci¹, okreœliæ temperaturê wody geotermalnej wydobywanej na powierzchniê ziemi, lub temperaturê zat³aczanej wody geotermalnej na poziomie z³o a. Przy du ych strumieniach masy wydobywanej wody zmiany temperatury wody geotermalnej w przewodzie wydobywczym i zat³aczaj¹cym s¹ stosunkowo ma³e. Jednak wad¹ tych rozwi¹zañ jest stosunkowo wysoki udzia³ kosztów wiercenia otworów w stosunku do ca³kowitych kosztów inwestycyjnych. Wielkoœæ tych kosztów inwestycyjnych mo na odpowiednio zmniejszyæ stosuj¹c jednootworowe systemy wydobywczo-zat³aczaj¹ce, ograniczaj¹c siê do wiercenia jednego otworu. ajkorzystniej jest, je eli wykorzysta siê istniej¹ce ju pojedyncze otwory, które wykonane zosta³y przy poszukiwaniu ropy naftowej lub gazu ziemnego. W tym celu do takiego otworu wprowadza siê geotermalny wymiennik ciep³a. Wymiennik ten sk³ada siê z dwóch czêœci. Jedna czêœæ wymiennika typu rura w rurze znajduje siê w nieprzepuszczalnym masywie skalnym, którego temperatura zmienia siê liniowo, zaœ czêœæ druga (g³owica wymiennika geotermalnego) jest zanurzona w z³o u geotermalnym, od którego pobiera ciep³o. W pracach [,,,4] podane zosta³y modele obliczeniowe sond geotermalnych, umo liwiaj¹ce okreœlenie strumienia odbieranego ciep³a, dla dwóch ró nych rozwi¹zañ zanurzonej czêœci wymiennika w z³o u geotermalnym przedstawionych na ryc. i. W rozpatrywanych rozwi¹zaniach zanurzonej czêœci wymiennika (rura Fielda, wymiennik œrubowy) nie uwzglêdniono wp³ywu pojemnoœci cieplnej strumienia wody geotermalnej, przyjmuj¹c w obu przypadkach, e znane jest pole temperatury wody geotermalnej, które zmienia siê liniowo oraz znany jest wspó³czynnik przenikania ciep³a od z³o a geotermalnego do noœnika ciep³a. W pracy przedstawione zostan¹ dwa modele obliczeniowe, je eli czêœci zanurzone - g³owice (rura Fielda i wymiennik œrubowy) - traktowane s¹ jako odpowiednie wymienniki krzy owopr¹dowe. We wszystkich omawianych przypadkach istnieje tak e mo liwoœæ uwzglêdnienia wp³ywu warunków wymiany ciep³a w pozosta³ej czêœci wymiennika typu rura w rurze na temperaturê noœnika ciep³a na wyp³ywie z sondy. W tym celu nale y wykorzystaæ model matematyczny opisuj¹cy wymianê ciep³a w wymienniku typu rura w rurze podany w pracy []. KZY OWOP DOWY WYMIEIK FIELDA Schemat krzy owopr¹dowego wymiennika Fielda oraz pole temperatury noœnika odbieraj¹cego ciep³o ze z³o a ITODUCTIO Geothermal heat plants operate in two-hole systems with injection and production wells in most cases. In systems of this kind, the temperature of the geothermal water extracted to the ground surface, as well as the temperature of the injected water in the geothermal part, may be estimated precisely enough with the help of known computational models in a relatively simply manner [-5]. When the flow rates of drawn-out water are great, the changes of temperature of geothermal water in the injection and production wells are relatively small. However, the high cost of drilling the wells is a negative aspect of using this method for obtaining thermal energy. Employing the one-hole injection system may reduce the initial cost. The use of existing holes, drilled for oil or gas exploration, as heat exchangers is most efficient from an economic point of view. The exchangers studied here have two parts. One, which is a double-pipe heat exchanger, is immersed in an impervious rock massif in which the temperature changes linearly in a vertical direction. The other part (the head of a geothermal exchanger) is immersed in a geothermal deposit from which it extracts heat. In several works [-4], we have presented computational models of geothermal heat exchangers. Considering two different configurations of the immersed part of the exchanger in a geothermal deposit, the models allow us to predict the amount of extracted heat. The configurations are presented in Figs. and. For these cases (Fields pipe and the spiral-tube heat exchanger), we did not take into account the effect of a geothermal water flow, because the temperature profile and the coefficient of heat transfer from a deposit into the heat extraction medium are assumed to be known. The changes in the temperature profile are assumed to be linear in a vertical direction. In the present work, we present two computational models for the cases where the immersed parts heads ( (Fields heat exchanger and spiral-tube heat exchanger) are considered as relative cross-current heat exchangers. In all described cases, it is possible to take into account the effect of heat exchange conditions, in the residual part of a double-pipe heat exchanger, on the temperature of a heat extraction medium and on the output of the exchanger. For this purpose, a mathematical model describing heat exchange in a double-pipe heat exchanger [] should be used. COSS-CUET HEAT EXCHAGE (FIELD TYPE) Figure presents the scheme of a cross-current heat exchanger (Field type) and the temperature field of a heat extraction medium taking heat from a geothermal deposit. The temperature of fluid with thermal capacity 84

geotermalnego z odpowiednimi oznaczeniami podano na ryc.. Temperatura czynnika, o pojemnoœci cieplnej W &, wzrasta od T do T. Dla ka dej temperatury poœredniej T () x, temperatura czynnika grzej¹cego (wody geotermalnej) o pojemnoœci cieplnej W &, zmienia siê miêdzy dwoma wartoœciami skrajnymi. Przed wymiennikiem ciep³a temperatura wody geotermalnej zmienia siê liniowo wed³ug zale noœci: T = Ex + F natomiast za wymiennikiem ciep³a temperatura okreœlona jest funkcj¹ T () x. W zwi¹zku z tym wymianê ciep³a miêdzy czynnikami i na elementarnej powierzchni mo na traktowaæ jak w rekuperatorze krzy owopr¹dowym z jednym nie mieszaj¹cym siê czynnikiem dla którego obowi¹zuje zale noœæ [6,7]: W &, increases from T to T. For each intermediate temperature T () x, the temperature of the heating fluid (geothermal water) with thermal capacity W &, changes between two extreme values. Before the heat exchanger the changes of temperature of geothermal water are linear according to the relation T = Ex + F, whereas behind the exchanger they are determined from the function T () x. In this connection the heat exchange between fluids and on the surface of the may be considered as it is in a cross-current recuperator with non-mixing fluid for which the following relation is obligatory [6,7]: k A gdzie : φ = e, =. Je eli uwzglêdni siê tak e wymianê ciep³a miêdzy czynnikami i, to wymianê ciep³a w rozpatrywanym przypadku mo na opisaæ przy pomocy ni ej podanego uk³adu równañ [5] d gdzie: = T T, = T = T, d T =, W T = ( T )φ T () + φ = = where φ = e, k A =. If also taking into account the heat exchange between fluids and, the heat exchange in the case under consideration may be described by the following system of equations [5]: + + + E + E, (). () where = T T, = T = T, =, W K A =. Je eli okreœlone z zale noœci () wyra enia na i d podstawi siê do wzoru (), to po wykonaniu odpowiednich przekszta³ceñ otrzyma siê równanie ró niczkowe rzêdu drugiego: którego rozwi¹zaniem jest funkcja: d φ d φ + d If we put and determined from relation () in relation (), performing some re-arrangements we obtain the following differential second-order equation: φ E = 0, (4) where the following function is its solution: = C exp( α x) + C exp( α x) E, (5) 85

yc.. Schemat pionowego gruntowego wymiennika ciep³a typu "rura w rurze" z g³owic¹ Fielda. Fig.. Scheme of the vertical double-pipe heat exchanger with a Field-type heat exchanger. yc. 4. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany K = Fig. 4. Increase (increment) of temperature and heat flow for K =. yc.. Schemat pionowego gruntowego wymiennika ciep³a typu "rura w rurze" z g³owic¹ œrubow¹. Fig.. Scheme of the vertical double-pipe heat exchanger with a spiral-tube part. yc. 5. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany K =0 i = (0-5). Fig. 5. Increase (increment) of temperature and heat flow for K = 0 and = (0-5). yc.. Schemat krzy owopr¹dowego wymiennika Fielda. Fig.. Scheme of the cross-current Field-type heat exchanger. yc. 6. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany K =0 i = (0-5). Fig. 6. Increase (increment) of temperature and heat flow for K = 0 and = (0-5). 86

gdzie: Korzystaj¹c z zale noœci () i (5) ró nicê temperatur mo na okreœliæ ze wzoru: gdzie: r = α, r = α. Aby okreœliæ strumieñ przejêtego ciep³a w z³o u geotermalnym ze wzoru: nale y okreœliæ przyrost temperatury noœnika ciep³a T T. W tym celu wykorzystane zostan¹ ni ej podane warunki brzegowe pozwalaj¹ce na okreœlenie sta³ych ca³kowania C i C : je eli je eli x = 0 x = to to () 0 = () = (). oraz (9) Po wykorzystaniu warunków brzegowych (9) sta³e ca³kowania wynosz¹: Po wykorzystaniu zale noœci (5), (7), (8), (0) i () przyrost temperatury okreœla zale noœæ: T T = α, = where φ 4 = m + (6) φ Using relations () and (5), the difference of temperatures is determined from the following relation: ( α x) + r C ( α x) = rcexp exp, (7) where r = α, r = α. In order to determine the heat taken over from a geothermal deposit from the following relation: ( T T ) = & ( ) Q& = g W, (8) Er the rise in temperature of a heat extraction medium T T must be estimated. For this purpose, the following boundary conditions can be used to determine the integration constants C and C : if if x = 0 x = to to () 0 = () = (). and (9) Using boundary conditions (9) the integration constants are as follows: α exp( α ) ( α ) α exp( α ) + C =, (0) α exp Er αexp( α) ( α ) α exp( α ) C =. () α exp Using relations (5), (7), (8), (0) and (), the temperature rise is determined from the following equation: E α α + exp α [ exp( α ) exp( α )] α ( α ) exp( α ). () Przyk³adowe wykresy dla tego typu wymiennika przedstawiaj¹ ryc. 4-8. KZY OWOP DOWY WYMIEIK ŒUBOWY Schemat œrubowego krzy owopr¹dowego wymiennika ciep³a oraz pole temperatury noœnika odbieraj¹cego ze z³o a geotermalnego z odpowiednimi oznaczeniami, przy za³o eniu e pomija siê wymianê ciep³a na odcinku rury prostej powrotnej, przedstawiono na ryc.9. COSS-CUET HEAT EXCHAGE WITH A SPIAL TUBE The scheme of a cross-current heat exchanger with a spiral tube and the temperature profile of the heat extraction medium drawing heat from a geothermal deposit are presented in Fig. 4. The scheme assumes that heat exchange in the straight return pipe is omitted. Equations of energy balance for this case may be 87

yc. 7. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany K = 0 i = (0-5). Fig. 7. Increase (increment) of temperature and heat flow for K = 0 and = (0-5). yc. 0. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany z krzy owopr¹dowego œrubowego wymiennika ciep³a Fig. 0. Increase (increment) of temperature and heat flow gained from a cross-current-flow spiral-tube heat exchanger for T = (0-70) K. yc. 8. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany K = 0 i = (5-5). Fig. 8. Increase (increment) of temperature and heat flow for K = 0 and = (5-5). yc.. Przyrost temperatury oraz strumieñ ciep³a uzyskiwany z krzy owopr¹dowego œrubowego wymiennika ciep³a Fig.. Increase (increment) of temperature and heat flow gained from a cross-current-flow spiral-tube heat exchanger for T = (0-0) K. yc. 9. Schemat krzy owopr¹dowego wymiennika œrubowego Fig. 9. Scheme of a cross-current heat exchanger with a spiral tube. yc.. Pole temperatury w wymienniku typu "rura w rurze" Fig.. Temperature profile in double-pipe heat exchanger. 88

ównania bilansu energii dla rozpatrywanego przypadku mo na zapisaæ nastêpuj¹co: written as follows: [ T () x T () x ] W & dt = W & (), Po uwzglêdnieniu wyra enia () oraz po wprowadzeniu oznaczeñ = W & On the basis of relation (), and introducing the following signs: = T T, wyra enie () przyjmie postaæ równania ró niczkowego rzêdu pierwszego d = z nastêpuj¹cym rozwi¹zaniem ogólnym: Po wyznaczeniu sta³ej C z warunku brzegowego, e dla zale noœæ (5) przyjmie postaæ: = C e relation () is written as the following differential firstorder equation: of which the general solution is written as follows: φ x+ E φ Determining constant C from the following boundary condition for: P o = T o T o = relation (5) is written in the following way: = E + E e φ φ (6) Po prostych przekszta³ceniach zale noœci (6) mo na Performing some simple transformations of relation (6), it is possible to determine the temperature rise okreœliæ przyrost temperatury T T co umo liwia okreœlenie strumienia przyjêtego ciep³a od wody geotermalnej z zale noœci: φ + E x = 0 () () () φ (4) (5) T T that allows, on the basis of the following relation, estimation of the flow of heat taken from geothermal water: Q& g = ( T T ) = E+ Q E e φ φ. (7) Przyk³adowe wykresy dla tego typu wymiennika przedstawia ryc. 0 i. WYMIEIK TYPU UA W UZE esults of the calculations (for this exchanger) are shown in graphs in Figs. 4-8. DOUBLE-PIPE HEAT EXCHAGE Istotn¹, interesuj¹c¹ wielkoœci¹ jest jednak temperatura noœnika ciep³a na wyp³ywie z sondy geotermalnej. Dlatego te nale y uwzglêdniæ wymianê ciep³a w wymienniku typu rura w rurze, przy pomocy którego noœnik ciep³a wydobywany jest na powierzchniê. ozwi¹zanie tego zagadnienia przedstawiono w pracy [4]. Uk³ad równañ opisuj¹cy wymianê ciep³a w takim wymienniku (ryc. ) mo na zapisaæ nastêpuj¹co: d = b d = a The temperature of a heat extraction medium at the outlet of a geothermal heat exchanger is a very interesting parameter. Hence, heat exchange in a double-pipe heat exchanger in which the medium flows up to the surface should be taken into account. The configuration of that case is presented in Fig. 9. The system of equations describing heat exchange in an exchanger of this type (Fig. 0) may be written as follows: a + b + E E (8) (9) 89

ozwi¹zanie tego uk³adu równañ po zastosowaniu metody dalamberta ma postaæ: gdzie: je eli = 0 K ν = 0,5, W & 0 x to () je eli x = to z + = Strumieñ ciep³a odbieranego przez ca³y wymiennik ciep³a okreœla zale noœæ: Using dalamberts method, the solution of the system of equations is as follows: ( ν x) + C ( ν x) = C exp 4 exp (0) ( x) C ( ν x) E = C expν 4 exp + () a where K w + 4 q, = ( + b) a K z p K w K z + K w ν,, a =,, b =, K z = k z A, z K w = k w Aw. Dla okreœlenia pola temperatury w wymienniku typu rura To determine a temperature field in a double-pipe heat w rurze nale y wyznaczyæ sta³e ca³kowania C i C 4 exchanger, it is essential to calculate the integration wykorzystuj¹c zale noœæ () przy zapisie ni ej constants C and C 4. elation () is used to write the podanych warunków brzegowych: following boundary conditions: if = 0 0 x, () if x =, = () T "() = () "() = () 0 "() 0 T. The following relation determines the heat extracted by the entire heat exchanger: [ () 0 " () 0] = T" () 0 () 0 [ ] & () Q g + T WIOSKI Przedstawione modele obliczeniowe poza, okreœleniem pola temperatury noœnika ciep³a, umo liwiaj¹ bezpoœrednie porównanie strumienia odbieranego ciep³a geotermalnego w samym z³o u geotermalnym. Mo na tak e przeprowadziæ porównanie efektywnoœci pozyskiwania energii geotermalnej z uwzglêdnieniem warunków wymiany ciep³a w wymienniku typu rura w rurze umieszczonym w nieprzepuszczalnym masywie skalnym. W tym ostatnim przypadku mo na tak e przeprowadziæ analizê wp³ywu istotnych parametrów z³o a geotermalnego na iloœæ pozyskiwanej energii geotermalnej z uwzglêdnieniem parametrów pracy wymiennika znajduj¹cego siê na powierzchni Ziemi. OZACZEIA A - powierzchnia wymiany ciep³a, [m ] a, b, C, n, q, p, r,, φ - sta³e E, F - sta³e, [ C] k - wspó³czynnik przenikania ciep³a, [W/(m K)] T - temperatura, [ C] x - wspó³rzêdna zredukowana α, ν - pierwiastki równania algebraicznego - ró nica temperatur, [K] esults of the calculations (for this exchanger) are shown in graphs in Figs. and. COCLUSIOS These computational models allow us to compute geothermal heat flows in a deposit in a direct manner. With these models it is possible to determine the temperature profile of a heat extraction medium. Taking into account conditions of heat exchange in a doublepipe heat exchanger immersed in an impervious rock massif, we can also compute the efficiency of heat extraction. In the last case, computing the influence of the important parameters of a geothermal deposit on the amount of gained geothermal heat is also possible. However, then we should take into account work parameters of the exchanger on the ground surface. OTATIO A - surface of heat transfer [m ] a, b, C, n, q, p, r,, φ - constants E, F - constants [ C] k - heat transfer coefficient [W/(m K)] T - temperature [ C] x - reduced coordinate α, ν - root of an algebraic equation - difference of temperature [K] 90

W & Q & - strumieñ pojemnoœci cieplnej czynnika, [W/K] - strumieñ pozyskiwanego ciep³a, [W or kw] W & Q & - thermal capacity of heat flow [W/K] - heat extraction rate [W or kw] LITEATUA EFEECES. Kujawa T., owak W., Szaflik W.: Wp³yw sposobu rozwi¹zania geotermalnej sondy pionowej na jej wydajnoœæ ciepln¹, Materia³y Konferencyjne X Sympozjum Wymiany Ciep³a i Masy, Wyd. Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw 998, 55-558. Kujawa T., owak W.: One-hole systems with injection and production well thermal calculations of heat utilisation. In: Proc. of the Fifth World enewable Energy Congress, ed. A.A.M. Sayigh, Part IV, pp. 469-47, 998. Kujawa T., owak W., Szaflik W.: Mathematical model of a geothermal Field exchanger, Archives of Thermodynamics, 0, o. -, 9-50, 999 4. Kujawa T., owak W.: Thermal calculations of geothermal heat utilising one-hole systems with injection and production well, Proceedings of the World Geothermal Congress 000, Kyushu-Tohoku, May 8-June 0, 000, Editors: Eduardo Iglesias, David Blackwell, Trevor Hunt, John Lund and Shiro Tamanyo, CD Materials, ISB 0-47-068-7, pp. 48-488 5. Kujawa T., owak W.: Model obliczeniowy geotermalnego krzy owopr¹dowego wymiennika Fielda, Materia³y Konferencyjne Miêdzynarodowej Konferencji aukowo- Technicznej nt Problemy In ynierii Œrodowiska - u progu nowego tysi¹clecia -, Wyd. Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw-Szklarska Porêba, 5-7 paÿdziernika 000 6. Madejski J.: Teoria wymiany ciep³a, Wyd. Politechniki Szczeciñskiej, Szczecin 998 7. owak W.: Obliczanie rekuperatorów z uwzglêdnieniem strat do otoczenia, Zeszyty naukowe Politechniki Szczeciñskiej, r 4, Prace monograficzne nr 56, Wyd. Politechniki Szczeciñskiej, Szczecin 969 9