地下水源热泵系统THM耦合模型研究与构建

地下水源热泵系统是一种利用地下水资源作为冷热源的环保型空调技术，它在冬季抽取地下水，通过热泵装置提取其热量供建筑供暖，夏季则将建筑物内的热量排入地下水中，达到制冷效果。然而，这种系统在实际运行中常常面临“两低问题”，即能效比低和地下水温度恢复速度低，这不仅影响了系统的运行效率，还可能对地下水资源造成不可忽视的影响。 针对这一问题，研究者深入剖析了地下水源热泵系统的基础地质和水文地质因素。基础地质问题涉及到地下含水层的结构、渗透性以及稳定性，而水文地质问题则关注地下水的流动规律、热交换特性以及与周围环境的相互作用。研究指出，缺乏对这些基础问题的充分理解是导致“两低问题”的关键。 为了改进这一状况，研究者引入了THM耦合分析的概念。THM分别代表渗流（T）、热力（H）和应力（M）三个物理场。在地下水源热泵系统中，这三个场相互影响，共同决定了系统的性能。渗流场涉及到地下水的流动，热力场关注热量在水体中的传递，而应力场则反映了地下水流动和温度变化对地层结构产生的压力变化。 通过机理分析，研究者揭示了这三者之间的耦合关系。渗流场的改变会影响地下水的温度分布，进而影响热力场；同时，地下水的流动会受到地层热膨胀和收缩（由热力场引起）的影响，改变其流动状态，即渗流场。此外，地下水流动和温度变化还会导致地层的应力状态发生变化，形成应力场。这三个场相互作用，形成了一个复杂的动态系统。 基于此，研究者建立了THM三场耦合数学模型。这个模型旨在模拟和预测地下水源热泵系统中三个物理场的动态交互过程，以便更好地理解和优化系统的运行。通过解决模型中的耦合方程，可以预测系统的能效表现，以及对地下水温度和地层稳定性的影响，从而为地下水源热泵系统的设计、运行和管理提供理论支持。 这项研究对于地下水源热泵系统的优化和可持续运行具有重要意义。通过深入理解THM耦合机理并建立相应的模型，可以解决“两低问题”，提高能效，减少对地下水资源的负面影响，同时也有助于推动绿色能源技术的发展。