Introducción al software de transporte de calor de aguas subterráneas HST3D
Basados en modelos matemáticos de acoplamiento hidrotermal en diversas condiciones, se ha desarrollado internacionalmente una gran cantidad de software para la simulación del transporte de calor de aguas subterráneas, como HST3D, FEFLOW, SWI FT, AQUA3D, SUTRA, TOUGH2, AST, HYDRUS. -2D/3D, VS2DH, SVheat, TWOW, Tradikon, GWMS, Geo Studio, etc. Cada uno de estos software tiene sus propias características. Algunos solo son adecuados para simulaciones de zonas de saturación, algunos pueden manejar problemas de transferencia de calor tanto en zonas saturadas como en zonas no saturadas, algunos también pueden manejar problemas de medios agrietados y de medios duales, y algunos pueden manejar medios agrietados y. También se tienen en cuenta los problemas de medios duales. Los métodos de simulación numérica que utilizan son principalmente el método de elementos finitos y el método de diferencias finitas. Con base en los problemas a resolver en este estudio, se seleccionó HST3D como software de simulación.
HST3D (Heat- and Solute-Transport Program) es un programa basado en el método de diferencias finitas desarrollado para el Servicio Geológico de Estados Unidos para simular el flujo de agua y el calor asociado en sistemas tridimensionales de flujo de agua subterránea saturada. transporte de solutos, adecuado para el estudio y análisis de recarga de aguas residuales, transporte de contaminantes, intrusión de agua de mar, tratamiento de agua salada, almacenamiento de agua dulce, transporte de agua en acuíferos de agua salada, almacenamiento de agua dulce, almacenamiento de calor de acuíferos y sistemas de agua geotérmica.
El software tiene en cuenta los cambios de densidad y viscosidad con la temperatura, no considera los cambios térmicos causados por reacciones químicas y difusión térmica de medios porosos, y puede manejar la infiltración de lluvia, la evaporación, la filtración de ríos y la presencia de varias superficies libres Las condiciones de contorno de primer, segundo y tercer tipo, las condiciones de contorno de segundo y tercer tipo, el algoritmo de filtración local del pozo utilizado es más refinado y preciso que el modelo convencional, y permite el uso de dos intervalos desiguales, el sistema de coordenadas rectangular y el sistema de coordenadas cilíndrico. El código fuente está escrito en Fortran77 y los usuarios pueden agregar, modificar o eliminar los módulos correspondientes del programa según las necesidades de los problemas reales.
HST3D también tiene algunas limitaciones: su rango de simulación solo puede ser un área rectangular regular debido al uso del método de diferencias finitas para la discretización espacio-temporal, cuando la discreción horizontal o vertical es pequeña, la red debe; usarse para construir un modelo usando HST3D. La cuadrícula debe subdividirse en un tamaño lo suficientemente pequeño para evitar que el programa no converja o genere oscilaciones numéricas. La misma unidad de subdivisión solo se puede configurar para un pozo, etc. El mayor inconveniente es que el software es una versión DOS y requiere requisitos de formato fijo para la entrada de datos cuando se trata de cambios continuos de flujo y temperatura del pozo, el ciclo de simulación debe dividirse en varios períodos de tiempo, y cada período de tiempo tiene una entrada separada; , una vez finalizada la simulación del período de tiempo anterior, inicie manualmente la simulación del siguiente período de tiempo. Esto requiere preparar con anticipación una serie de archivos de entrada para diferentes períodos de tiempo, lo que trae muchos problemas al trabajo de preprocesamiento.
Argus Open Numerical Environments (Argus ONE) desarrollado por el Servicio Geológico de Estados Unidos integra el módulo HST3D, tiene una muy buena interfaz de visualización tridimensional e integra CAD, GIS, bases de datos, modelos conceptuales, geoestadísticas, y Meshing automático y muchas otras funciones potentes. Wang Xusheng (2008) de la Universidad de Geociencias de China (Beijing) también desarrolló el software Flowheat con interfaces de preprocesamiento y posprocesamiento visual basadas en HST3D, que es adecuado para la simulación de transferencia de calor en áreas pequeñas.
HST3D se utiliza actualmente ampliamente en China. Zhang Yuandong et al. (2006a,b) tomaron como ejemplo un sistema de aire acondicionado con bomba de calor de fuente de agua subterránea en Beijing. Utilizaron este programa para establecer un modelo de simulación tridimensional del flujo de agua subterránea y el transporte de calor, y simularon y predijeron el futuro. la evolución del campo de temperatura del suelo a largo plazo en el área de simulación; Liu Licai et al (2007) exploraron y evaluaron los cambios en el flujo de agua subterránea y el transporte de calor. (2007) discutieron y evaluaron los cambios en el campo de temperatura del agua subterránea durante el bombeo del sistema y el diseño de los pozos de riego y la operación del sistema, así como el efecto de "avance térmico" resultante; Cong et al. (2007a,b) utilizaron métodos de simulación numérica para realizaron experimentos en el área de Beijing y realizaron una simulación numérica del sistema de aire acondicionado con bomba de calor de fuente de agua subterránea y predijeron la evolución futura del campo de temperatura del agua subterránea en el área de simulación (2007a, b). Métodos de simulación para realizar simulaciones numéricas del sistema de aire acondicionado con bomba de calor de fuente de agua subterránea en el área de Beijing. Simuló y predijo la evolución del campo futuro de temperatura del agua subterránea a largo plazo en el área simulada.
(2007a,b) simularon numéricamente el campo de temperatura y el campo de presión del agua y la transferencia de calor en un acuífero presurizado bajo un pozo de bombeo y dos pozos de riego, analizaron los cambios en la temperatura del acuífero bajo diferentes condiciones de trabajo y calcularon la eficiencia de almacenamiento de calor del acuífero.