一种地热系统开采模拟装置的制作方法

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1.本发明涉及物理模拟实验装置技术领域，具体涉及一种地热系统开采模拟装置。

背景技术：

2.当今社会，能源已经成为国家发展的关键所在，大量使用化石能源会导致严重的环境问题，这一问题已经成为全世界所要面临的严峻挑战。而地热具有清洁环保、稳定性好、可循环利用等特点，是一种现实并具有竞争力的可再生能源。
3.我国中深层地下水热资源储量巨大，约占全球的1/6。作为指导地热资源高效开发的重要部分，目前的地热水系统开采过程中的概念模型发展还不完善；尤其在断裂型地热水系统中，由于断裂切割至地表深处且这种断裂通常为地热水运移的优势通道，热源温度的提高和流场的局限使得温度场与流场(即水流动的场所)的耦合作用非常明显，而现有模拟装置未考虑温度场与流场的耦合作用，这对断裂型地热系统的开发带来极大影响，容易造成模拟开采与实际开采结果偏差较大。
4.综上所述，急需一种地热系统开采模拟装置以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种地热系统开采模拟装置，旨在解决现有技术未考虑温度场与流场的耦合作用，造成模拟开采与实际开采结果偏差较大的问题，具体技术方案如下：
6.一种地热系统开采模拟装置，包括地质模型、监测系统、降雨系统、水流控制系统、加热系统以及开采系统；
7.所述地质模型包括渗流槽、设置在渗流槽内的岩石层以及设置在所述岩石层上的土壤层；所述岩石层包括若干岩石，相邻岩石之间形成供水流动的缝隙；所述渗流槽的两侧分别与水流控制系统连通；所述监测系统包括若干监测元件以及数据采集单元，所述渗流槽的槽壁上设置有监测孔，所述监测孔内设置有监测元件，所述监测元件与数据采集单元电连；所述开采系统设置在土壤层上且其贯穿土壤层与岩石层缝隙管路连通；所述降雨系统设置在开采系统上方，用于模拟自然降雨；所述加热系统设置在渗流槽的底部，用于模拟天然地下热源。
8.优选的，所述监测元件包括温度传感器以及压力传感器；多个温度传感器和多个压力传感器分别设置在监测孔上且均与数据采集单元电连。
9.优选的，所述数据采集单元包括温度监测仪和水压监测仪；所述温度传感器与温度监测仪电连；所述压力传感器与水压监测仪电连。
10.优选的，所述开采系统包括水泵以及流量计，所述水泵入水口通过管路连通至岩石层缝隙，用于抽取缝隙中的水；所述水泵的出水口与外部水源管路连通；所述水泵入水口的管路设置有阀门一；所述水泵的出水口设置有流量计。
11.优选的，还包括围岩系统，所述围岩系统包括机械臂，多个机械臂设置在渗流槽的槽壁和岩石层之间，所述机械臂用于对岩石层中的岩石施加压力。
12.优选的，所述降雨系统包括降雨器以及供水管道，所述供水管道架设在渗流槽上方，多个所述降雨器与供水管道连通，所述供水管道与降雨器之间设置有用于控制降雨量的阀门二。
13.优选的，所述水流控制系统包括两个水流控制单元，两个水流控制单元分别设置在渗流槽的两侧且均与渗流槽连通；所述水流控制单元包括水箱、软管以及升降台，所述水箱通过软管与渗流槽连通且二者之间形成连通器，所述水箱设置在升降台上。
14.优选的，所述加热系统包括电源、加热槽、加热棒以及热源体，所述加热棒设置在加热槽内且与电源连接；所述热源体设置在渗流槽底部与岩石层之间，用于加热岩石层；所述加热槽设置在渗流槽外与热源体管路连通；所述加热槽与热源体内均填充有加热液。
15.优选的，还包括控制系统，所述控制系统分别与温度监测仪、水压监测仪、水泵、流量计、阀门一、机械臂、阀门二、升降台以及电热棒电连，所述控制系统用于控制温度监测仪、水压监测仪、水泵、流量计、阀门一、机械臂、阀门二、升降台以及电热棒的工作状态。
16.优选的，所述控制系统为主机。
17.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
18.本发明在渗流槽中模拟构建了一个真实的地热系统开采模拟装置，设置了地质模型用于模拟断裂型地质状况；所采用的水流控制系统可以自由的控制渗流槽中水头高低，可随时设置不同的试验条件，模拟不同的野外情况；降雨系统可以设置不同降雨条件下的实验情况；利用渗流槽底部的加热系统可以有效模拟天热地下热源；监测系统可以测定地下热水开采过程中数据的变化；开采系统可以还原各类型实际工况。本发明基于温度场与流场的耦合作用有效的模拟了断裂型地热系统开采情况，对断裂型地热水系统的开发研究具有重要意义。
19.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1是本发明优选实施例1中地热系统开采模拟装置的整体结构示意图；
22.图2是图1中地热系统开采模拟装置的另一角度的结构示意图；
23.其中，1-渗流槽，2-监测孔，3-温度传感器，4-压力传感器，5-温度监测仪，6-水压监测仪，7-水泵，8-流量计，9-阀门一，10-降雨器，11-阀门二，12-供水管道，13-水箱，14-加热槽，15-加热棒，16-热源体，17-机械臂，18-控制系统。
具体实施方式
24.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
26.实施例1：
27.参见图1-2，一种地热系统开采模拟装置，包括地质模型、监测系统、降雨系统、水流控制系统、加热系统、开采系统、围岩系统以及控制系统18；
28.所述地质模型包括渗流槽1、设置在渗流槽1内的岩石层以及设置在所述岩石层上的土壤层；所述岩石层包括若干岩石，相邻岩石之间形成供水流动的缝隙(即流场)。
29.所述监测系统包括若干监测元件以及数据采集单元，所述渗流槽1的槽壁上设置有监测孔2，所述监测元件包括温度传感器3以及压力传感器4；多个温度传感器3和多个压力传感器4分别设置在监测孔2上，所述数据采集单元包括温度监测仪5和水压监测仪6；所述温度传感器3与温度监测仪5电连；所述压力传感器4与水压监测仪6电连。
30.所述开采系统包括水泵7以及流量计8，所述水泵7入水口分别通过四根管路连通至岩石层缝隙，用于抽取缝隙中的水；所述水泵7的出水口与外部水源管路连通，缝隙中的水通过水泵7泵送至外部水源；所述水泵7入水口的四根管路均设置有阀门一9；所述水泵7的出水口设置有流量计8。通过控制阀门一9控制单个管路的开采流量，通过流量计8采集总开采流量。
31.所述围岩系统包括机械臂17(产品型号为越疆机器人mg400)，多个机械臂17设置在渗流槽1的槽壁和岩石层之间，所述机械臂17用于对岩石层中的岩石施加压力。通过机械臂17使岩石之间的缝隙发生变化，从而模拟不同的流场。
32.所述降雨系统包括降雨器10(本实施例中为喷头)以及供水管道12，所述供水管道12架设在渗流槽1上方，多个所述降雨器10与供水管道12连通，所述供水管道12与降雨器10之间设置有用于控制降雨量的阀门二11，调节阀门二11控制降雨强度、降雨区域及降雨时长等。通过降雨模拟自然降雨，从而模拟不同天气状况下的地热开采。
33.所述水流控制系统包括两个水流控制单元，两个水流控制单元分别设置在渗流槽1的两侧且均与渗流槽1连通；所述水流控制单元包括水箱13、软管以及升降台，所述水箱13通过软管与渗流槽1连通且二者之间形成连通器，所述水箱13设置在升降台上。通过控制渗流槽1的两侧水箱13的高度从而调节渗流槽1中水头的高低。本实施例中，水箱内设置有隔板，所述隔板将水箱分割形成储水室一和出水室二，储水室一通过软管与渗流槽连通且二者之间形成连通器，所述储水室一和储水室二顶部连通，储水室二设置有排水孔。当储水室一蓄满水后，水通过其顶部通道流入储水室二，并经由排水孔排出。
34.所述加热系统包括电源、加热槽14、加热棒15以及热源体16，所述加热棒15设置在加热槽14内且与电源连接；所述热源体16设置在渗流槽1底部与岩石层之间，用于加热岩石层；所述加热槽14设置在渗流槽1外与热源体16管路连通；所述加热槽14与热源体16内均填充有加热液。通过加热系统模拟天然地下热源，开始加热后，加热槽内部被加热后的加热液通过管路，热运动到热源体中。
35.所述控制系统18分别与温度监测仪5、水压监测仪6、水泵7、流量计8、阀门一9、机械臂17、阀门二11、升降台以及电热棒电连，所述控制系统18用于控制温度监测仪5、水压监测仪6、水泵7、流量计8、阀门一9、机械臂17、阀门二11、升降台以及电热棒的工作状态。具体的，所述控制系统用于收集温度监测仪5、水压监测仪6以及流量计8的温度、水压以及流量数据，还用于控制水泵7、阀门一9、机械臂17、阀门二11、升降台以及电热棒的启动与关闭。
36.在本实施例中，所述控制系统18为主机。
37.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种地热系统开采模拟装置，其特征在于，包括地质模型、监测系统、降雨系统、水流控制系统、加热系统以及开采系统；所述地质模型包括渗流槽(1)、设置在渗流槽(1)内的岩石层以及设置在所述岩石层上的土壤层；所述岩石层包括若干岩石，相邻岩石之间形成供水流动的缝隙；所述渗流槽(1)的两侧分别与水流控制系统连通；所述监测系统包括若干监测元件以及数据采集单元，所述渗流槽(1)的槽壁上设置有监测孔(2)，所述监测孔(2)内设置有监测元件，所述监测元件与数据采集单元电连；所述开采系统设置在土壤层上且其贯穿土壤层与岩石层缝隙管路连通；所述降雨系统设置在开采系统上方，用于模拟自然降雨；所述加热系统设置在渗流槽(1)的底部，用于模拟天然地下热源。2.根据权利要求1所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述监测元件包括温度传感器(3)以及压力传感器(4)；多个温度传感器(3)和多个压力传感器(4)分别设置在监测孔(2)上且均与数据采集单元电连。3.根据权利要求2所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述数据采集单元包括温度监测仪(5)和水压监测仪(6)；所述温度传感器(3)与温度监测仪(5)电连；所述压力传感器(4)与水压监测仪(6)电连。4.根据权利要求3所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述开采系统包括水泵(7)以及流量计(8)，所述水泵(7)入水口通过管路连通至岩石层缝隙，用于抽取缝隙中的水；所述水泵(7)的出水口与外部水源管路连通；所述水泵(7)入水口的管路设置有阀门一(9)；所述水泵(7)的出水口设置有流量计(8)。5.根据权利要求4所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，还包括围岩系统，所述围岩系统包括机械臂(17)，多个机械臂(17)设置在渗流槽(1)的槽壁和岩石层之间，所述机械臂(17)用于对岩石层中的岩石施加压力。6.根据权利要求5所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述降雨系统包括降雨器(10)以及供水管道(12)，所述供水管道(12)架设在渗流槽(1)上方，多个所述降雨器(10)与供水管道(12)连通，所述供水管道(12)与降雨器(10)之间设置有用于控制降雨量的阀门二(11)。7.根据权利要求6所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述水流控制系统包括两个水流控制单元，两个水流控制单元分别设置在渗流槽(1)的两侧且均与渗流槽(1)连通；所述水流控制单元包括水箱(13)、软管以及升降台，所述水箱(13)通过软管与渗流槽(1)连通且二者之间形成连通器，所述水箱(13)设置在升降台上。8.根据权利要求7所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述加热系统包括电源、加热槽(14)、加热棒(15)以及热源体(16)，所述加热棒(15)设置在加热槽(14)内且与电源连接；所述热源体(16)设置在渗流槽(1)底部与岩石层之间，用于加热岩石层；所述加热槽(14)设置在渗流槽(1)外与热源体(16)管路连通；所述加热槽(14)与热源体(16)内均填充有加热液。9.根据权利要求8所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，还包括控制系统(18)，所述控制系统(18)分别与温度监测仪(5)、水压监测仪(6)、水泵(7)、流量计(8)、阀门一(9)、机械臂(17)、阀门二(11)、升降台以及电热棒电连，所述控制系统(18)用于控制温度监测仪(5)、水压监测仪(6)、水泵(7)、流量计(8)、阀门一(9)、机械臂(17)、阀门二(11)、升降
台以及电热棒的工作状态。10.根据权利要求9所述的地热系统开采模拟装置，其特征在于，所述控制系统(18)为主机。

技术总结

本发明提供了一种地热系统开采模拟装置，包括地质模型、监测系统、降雨系统、水流控制系统、加热系统以及开采系统；地质模型包括渗流槽、设置在渗流槽内的岩石层以及设置在岩石层上的土壤层；岩石层包括若干岩石，相邻岩石之间形成缝隙；渗流槽的两侧分别与水流控制系统连通；监测系统包括监测元件以及数据采集单元，渗流槽的槽壁上设置有监测孔，监测孔内设置有监测元件，监测元件与数据采集单元电连；开采系统设置在土壤层上且其贯穿土壤层与岩石层缝隙连通；降雨系统设置在开采系统上方；加热系统设置在渗流槽的底部。本发明基于温度场与流场有效的模拟了断裂型地热系统开采情况，对断裂型地热水系统的开发研究具有重要意义。义。义。