Προσομοίωση ροής και μεταφοράς θερμότητας αβαθούς
γεωθερμικού συστήματος ανοικτού κυκλώματος

Καμπούρογλου, Ιουλιανή; Kampouroglou, Iouliani

dc.contributor.author	Καμπούρογλου, Ιουλιανή	el
dc.contributor.author	Kampouroglou, Iouliani	en
dc.date.accessioned	2020-04-28T09:22:28Z
dc.date.available	2020-04-28T09:22:28Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50282
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17980
dc.rights	Default License
dc.subject	Μοντέλο ροής	el
dc.subject	Μοντέλο μεταφοράς θερμότητας	el
dc.subject	Γεωθερμική αντλία θερμότητας αβαθούς συστήματος	el
dc.title	Προσομοίωση ροής και μεταφοράς θερμότητας αβαθούς γεωθερμικού συστήματος ανοικτού κυκλώματος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εφαρμοσμένη υδρογεωλογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10
heal.abstract	Η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας είναι ένα ζήτημα που απασχολεί την επιστημονική κοινότητα, καθώς στον τομέα της ενέργειας η αξιοποίησή της αριθμεί αρκετά πλεονεκτήματα. Σε αυτήν την εργασία θα ασχοληθούμε ιδιαίτερα με την προσομοίωση μοντέλων ροής και μεταφοράς θερμότητας αβαθούς γεωθερμικού συστήματος ανοιχτού κυκλώματος. H προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της πλατφόρμας FREEWAT, που έχει τη δυνατότητα χρήσης αρκετών κωδίκων για την προσομοίωση υδρογεωλογικών συστημάτων. Για την προσομοίωση της ροής του υπόγειου νερού χρησιμοποιήθηκε ο υπολογιστικός κώδικας MODFLOW-2005, που επιλύει την εξίσωση της ροής με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών, ενώ για την προσομοίωση των φαινομένων μεταφοράς ο υπολογιστικός κώδικας MT3DMS, που επιλύει την εξίσωση μεταφοράς διαλυμένης μάζας επίσης με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Το πεδίο έρευνας το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως πεδίο εφαρμογής της προσομοίωσης βρίσκεται στους Θρακομακεδόνες και έχει ως γεωλογικό υπόβαθρο (τουλάχιστον ως το βάθος των 100m) προσχωματικούς και νεογενείς σχηματισμούς με μέτρια ως μικρή περατότητα συνολικά. Το οικοδομικό συγκρότημα γύρω από το οποίο εκτείνεται το πεδίο εφαρμογής διαθέτει μια γεωθερμική αντλία θερμότητας ανοιχτού κυκλώματος. Η ΓΑΘ για τη λειτουργία της αξιοποιεί το υπόγειο νερό του ελεύθερου υδροφόρου που βρίσκεται στο υπέδαφος και έχει μια σταθερή θερμοκρασία περίπου 17οC ενώ διαθέτει γεώτρηση παραγωγής και γεώτρηση επανεισαγωγής. Η προσομοίωση περιλαμβάνει 10 διαφορετικά σενάρια τα οποία κατηγοριοποιούνται κατάλληλα με βάση τα είδη της χρήσης της ΓΑΘ (οικιακή ή βιομηχανική) και στα σενάρια με βάση το χρόνο λειτουργίας της ΓΑΘ. Στην πρώτη κατηγορία έγιναν 5 σενάρια με μικρή μεταβολή της παροχής (3-7m3/h) για οικιακή χρήση και 1 σενάριο με μία μεγαλύτερη παροχή (20m3/h) για βιομηχανική χρήση, όλα σε διάστημα λειτουργίας της αντλίας 8 ωρών. Στη δεύτερη κατηγορία έγιναν 4 σενάρια ίδιας παροχής (5m3/h) για διαφορετικά διαστήματα συνεχούς λειτουργίας, 5, 10 ,15 και 20 ημερών. Σε όλα τα σενάρια, λόγω και της μικρής απόστασης των οριακών συνθηκών, η μείωση του υδραυλικού φορτίου (μοντέλο ροής) γύρω από την παραγωγική γεώτρηση περιορίστηκε στην πτώση περίπου 3-4 μέτρων τις περισσότερες φορές. Όσον αφορά στη μεταβολή της θερμοκρασίας στα μοντέλα μεταφοράς θερμότητας, στην πρώτη κατηγορία λόγω και του μικρού χρονικού διαστήματος λειτουργίας πτώση θερμοκρασίας επήλθε μόνο σε μια μικρή ακτίνα γύρω από τη γεώτρηση επανεισαγωγής, ενώ στη δεύτερη με την πάροδο του χρόνου η μείωση αυτή διευρυνόταν περισσότερο με την αύξηση του χρόνου λειτουργίας.	el
heal.abstract	Exploitation of geothermal energy is a matter of concern to the scientific community, as its use in the energy sector has several advantages. In this work we will particularly deal with the simulation of a shallow open circuit geothermal system flow and heat transfer. The simulation was conducted using the FREEWAT platform, which incorporates several codes of the USGS “MODFLOW Family” for simulating hydrogeological systems. For the simulation of the groundwater flow, MODFLOW-2005 code was used, which refers to the groundwater flow equation by the finite differences method, while for the heat transfer model, the MT3DMS computation code, which also uses the finite difference method, was used. The field site that was used for the simulation purposes is located in Thrakomakedones and has a hydrogeological setting (at least down to 100m depth) of an unconfined aquifer formation -composed of neogene deposits- with an overall low to medium permeability. The field site contains an open-circuit geothermal heat pump (GHP) that utilizes the groundwater resources of this local aquifer system, having has an average annual temperature of 17°C. The GHP has a involved both a pumping as well an injection well. In the simulation we ran 10 different scenarios which we categorized into different classes based on the types of use of the GHP (domestic or industrial) and scenarios based on the time of operation of the GHP. In the first category there were 5 scenarios with a minimal change in pumping rate (3-7m3/h) for domestic use and 1 scenario with a higher pumping rate (20m3/h) for industrial use, all during an 8-hour pump operation. In the second category 4 scenarios with the same flow rate (5m3/h) were made for different continuous (5, 10, 15 and 20 days) intervals. For all scenarios, due to the short distance with the hydraulic boundary conditions, the reduction of the hydraulic head (flow model) around the production well was limited to approximately 3-4 meters in most scenarios. Regarding the changes in temperature, during the heat transfer modeling, these were classified into two main categories: (a) in the first category due to the limited operating time of the GHP, temperature decreases were only observed within a small radius around the injection well, while (b) in the second category this decrease became more pronounced over time, as we increased the operating time (i.e. pumping period) of the GHP.	en
heal.advisorName	Καλλιώρας, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Καλλιώρας, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Σταματάκη, Σοφία	el
heal.committeeMemberName	Γαγάνης, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Γεωλογικών Επιστημών. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.
heal.fullTextAvailability	false