地下水源热泵系统是利用地热资源的一种形式,因其稳定性好、换热效率高、初投资低等特点,被广泛应用于建筑供暖和供冷。通常情况系统抽水量大于回灌水量,这不但会减少地下水储量,而且会使含水层的固体骨架受力增加,导致含水层过流通道变窄、引发地面下沉,缩短系统使用寿命,因此尾水100%回灌尤为重要。在实际回灌过程中经常遇到含水层堵塞问题,通常包括物理堵塞、化学堵塞、生物堵塞,其中物理堵塞以悬浮颗粒堵塞为主。因此,研究多孔介质内颗粒运移沉积特性,有效解决回灌过程中的物理堵塞问题十分必要,相关研究内容涉及多孔介质内流体运动规律、悬浮颗粒运移沉积规律等。本文通过毛细管模型将多孔介质内流体流动简化为管道流动,结合管道内颗粒运移沉积的规律,研究悬浮颗粒在过流通道内运移沉积规律。以毛细管模型、流体运动方程、固液管道流为理论基础,设计并搭建颗粒运移沉积特性试验台,以模拟悬浮颗粒在过流通道内的运移与沉积情况,开展预试验和正式试验研究,以正交试验法设计试验方案,探究不同悬浮颗粒粒径、管壁粗糙度、压力因素下,悬浮颗粒在过流通道内的运移沉积规律。研究表明:(1)预试验发现悬浊液的压降总趋势小于纯水压降。正式试验中含有中位粒径为17.62μm(D_(50)=17.62μm)悬浊液压降小于等于纯水压降;在压力为1.8kPa时,D_(50)=25.12μm悬浊液压降小于纯水压降,在压力为2.3kPa时,该悬浊液压降大于纯水压降。各试验因素对悬浊液压降的影响不同,悬浊液压降随压力增大而增大,在相同条件下,管壁粗糙度、悬浮颗粒粒径对悬浊液压降有不同的影响。在压力为1.8kPa时,管壁粗糙度增大使得D_(50)=17.62μm悬浊液压降由0.88kPa增大到0.9kPa;而D_(50)=25.12μm悬浊液压降由0.85kPa减小到0.79kPa。(2)预试验发现悬浊液雷诺数小于纯水雷诺数。正式试验中含D_(50)=17.62μm悬浊液雷诺数与纯水雷诺数趋于一致;在压力为1.8kPa、管壁粗糙度K=0.75mm时,D_(50)=25.12μm悬浊液雷诺数大于纯水雷诺数,而在管壁粗糙度K=1.65mm时,反之。各试验因素对悬浊液雷诺数的影响不同,悬浊液雷诺数随管壁粗糙度和压力增大而增大,悬浮颗粒粒径对悬浊液雷诺数有不同的影响。在压力为2.3kPa、管壁粗糙度K=1.65mm时,粒径由17.62μm增大到25.12μm,其对应的悬浊液雷诺数由2461.61增大到2502.49,压力变为1.8kPa时,粒径由17.62μm增大到25.12μm,其对应的悬浊液雷诺数由2192.2减小为2053.39。颗粒的存在能抑制水流的扰动,并且D_(50)=25.12μm颗粒抑制效果好于D_(50)=17.62μm颗粒。(3)在悬浊液流动过程中,悬浊液驱替纯水的现象,一部分颗粒沉积,另一部分颗粒跟随水流运移。沉积的这部分颗粒的粒径区间始终保持在10-90μm,并且颗粒分布始终为单峰,颗粒分布趋势不受试验因素影响,并且颗粒沉积位置随机。随水流运移流出毛细管的这部分颗粒含量不断增加,粒径小于50μm的颗粒能穿透多孔介质并且向远处运移,并且颗粒分布始终为双峰。当颗粒粒径小于孔径时,证明在近井壁处颗粒不会引发含水层堵塞。综上所述,压力、悬浮颗粒粒径、管壁粗糙度是影响颗粒在过流通道内运移沉积的重要因素。毛细管模型与固液管道流相结合为研究颗粒在多孔介质运移沉积提供了新思路,为解决颗粒物引发的含水层物理堵塞提供理论指导,延长地下水源热泵系统使用寿命。