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Chaleur des profondeurs
Augmenter le potentiel de l'énergie géothermique des mines abandonnées grâce à la simulation CFD

SIMULATION PAR LE CFD DU TRANSFERT D'ÉNERGIE ENTRE L'EAU DE MINE ET LE TUBE THERMIQUE

Branche : Construction de machines et d’installationsDiscipline: Mécanique des fluides

L'eau de mine souterraine est une ressource géothermique qui pourrait être utilisée comme une forme d'énergie alternative dans le futur. Des simulations CFD ont été réalisées pour préparer un plan énergétique. L'analyse du champ de flux et de température permet de déterminer les taux d'extraction thermique. 

Résumé

M.Sc. Michel Gross
Ruhr-Universität Bochum

Avec l'aide des services de simulation CADFEM, nous avons pu répondre très efficacement à cette tâche dynamique complexe.

Tâche

Dans le cadre d'un projet de recherche, il s'agit de déterminer le débit et le transport d'énergie dans les puits utilisés pour faire circuler l'eau dans les anciennes mines. Les résultats devraient permettre une planification énergétique précise.

Solution

La flottabilité variable de l'eau dans le puits de mine, causée par les différences thermiques, est perturbée par les flux croisés. La simulation de l'écoulement avec la CFD d'Ansys permet d'obtenir un aperçu exact des conditions d'écoulement complexes dans le puits de mine.

Avantages clients

 Grâce aux simulations réalisées par le CADFEM, les champs de flux et de température ont été analysés et visualisés. Ainsi, les performances d'extraction de la sonde thermique ont pu être déterminées avec précision. Une conception ciblée de la production d'énergie est garantie.

Détails du projet

Tâche

Le passage à l'énergie verte est l'une des tâches les plus pertinentes de notre époque. Pour y parvenir, l'approvisionnement énergétique doit être de plus en plus converti en énergies renouvelables. Dans ce contexte, le propriétaire et planificateur d'un nouveau quartier du centre-ville d'Essen a l'occasion unique d'utiliser l'énergie géothermique de l'eau des mines abandonnées.Avec le projet ESSEN51, un nouveau quartier urbain est créé près du centre-ville d'Essen, avec au milieu les anciens sites de la mine de charbon de Schacht Amalie et Marie. Le projet fournira un flux continu d'eau provenant de la mine avec une température constante d'environ 25 C toute l'année à partir de deux des anciens puits. L'énergie stockée dans l'eau de la mine sera transportée à la surface par un tube thermique.


Avantages clients

Grâce à la simulation, il a été possible de montrer l'état de l'écoulement qui s'est développé à la fois dans le puits et dans la galerie. La distribution de la température dans l'eau de la mine et dans le tube de chauffage ainsi que l'énergie extraite ont également été analysées. Sur la base des résultats obtenus, des déclarations validées peuvent être faites sur les performances d'extraction. Celles-ci sont ensuite intégrées dans la préparation du concept énergétique. Dans ce projet de recherche pour Grubenwasser-Ruhr, les résultats peuvent également être mis en correspondance avec d'autres puits, ce qui permet d'obtenir une solution efficace pour de nombreuses mines.


Solution

L'eau de la mine est chauffée par la roche environnante, qui atteint des températures allant jusqu'à 40 C à cette profondeur. En même temps, le tube de chaleur extrait l'énergie de l'eau de la mine. L'eau plus chaude et plus légère monte et l'eau refroidie et plus lourde redescend. Cela crée un état d'écoulement complexe, dominé par le soulèvement, dans le puits, qui est influencé par l'écoulement transversal de la neuvième galerie connectée. Avec la CFD Ansys, la distribution de la température et le débit ont été calculés et visualisés.Les défis particuliers étaient, tout d'abord, les différentes échelles de temps qui devaient être utilisées sur les processus de transport dans les différents domaines du domaine informatique. Ensuite, les exigences en matière de finesse du maillage étaient élevées afin de résoudre le transfert de chaleur avec une précision suffisante, compte tenu de la grande étendue du modèle.


Application Engineer

Produits du projet