Numerical simulation of aquifer thermal energy storage using surface-based geologic modelling and dynamic mesh optimisation
Numerical simulation of aquifer thermal energy storage using surface-based geologic modelling and dynamic mesh optimisation
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使用基于地表的地质建模和动态网格优化对含水层热能存储进行数值模拟
DOI：
10.1007/s10040-022-02481-w
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发表时间：
2022
影响因子：
2.8
通讯作者：
Regnier G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Regnier G
含水层热能储存（ATES）具有在建筑环境中提供大规模季节性制冷和供暖的巨大潜力，为化石燃料提供低碳替代品。为了实现安全和可持续的 ATES 部署，必须使用准确的数值建模工具来预测目标含水层中的流量和热传输。本文提出了一种基于地表地质建模 (SBGM) 和动态网格优化 (DMO) 的 ATES 仿真方法。 DMO此前已被应用于计算流体动力学的其他领域，以降低数值模拟的成本。 DMO 允许网格的分辨率在模拟过程中发生变化，以满足用户定义的所选字段的解精度，在解字段复杂的地方进行细化，在其他地方进行粗化。 SBGM 可以准确表示复杂的地质非均质性并有效应用 DMO。该论文报告了针对 ATES 模拟的首次系统收敛研究，并演示了这些方法在两种 ATES 场景中的应用：均质含水层和真实的非均质河流含水层，其中包含由泥岩分隔的蜿蜒河道砂体。事实证明，DMO 可将所需的网格单元数量减少多达 22 倍，将仿真时间减少多达 15 倍，同时保持与等效固定网格相同的精度。 DMO 在降低同质和异质含水层中 ATES 模拟的计算成本方面具有巨大潜力。
Aquifer thermal energy storage (ATES) has significant potential to provide largescale seasonal cooling and heating in the built environment, offering a low-carbon alternative to fossil fuels. To deliver safe and sustainable ATES deployments, accurate numerical modelling tools must be used to predict flow and heat transport in the targeted aquifers. This paper presents a simulation methodology for ATES based on surface-based geologic modelling (SBGM) and dynamic mesh optimisation (DMO). DMO has been previously applied in other fields of computational fluid dynamics to reduce the cost of numerical simulations. DMO allows the resolution of the mesh to vary during a simulation to satisfy a user-defined solution precision for selected fields, refining where the solution fields are complex and coarsening elsewhere. SBGM allows accurate representation of complex geological heterogeneity and efficient application of DMO. The paper reports the first systematic convergence study for ATES simulations, and demonstrates the application of these methods in two ATES scenarios: a homogeneous aquifer, and a realistic heterogeneous fluvial aquifer containing meandering, channelised sand bodies separated by mudstones. It is demonstrated that DMO reduces the required number of mesh elements by a factor of up to 22 and simulation time by a factor of up to 15, whilst maintaining the same accuracy as an equivalent fixed mesh. DMO offers significant potential to reduce the computational cost of ATES simulations in both homogeneous and heterogeneous aquifers.
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DOI：
10.1016/j.jcp.2016.05.058
发表时间：
2016-09
期刊：
J. Comput. Phys.
影响因子：
--
作者：
A. Adam;D. Pavlidis;J. Percival;P. Salinas;Ziqing Xie;F. Fang;C. Pain;A. Muggeridge;M. Jackson
通讯作者：
A. Adam;D. Pavlidis;J. Percival;P. Salinas;Ziqing Xie;F. Fang;C. Pain;A. Muggeridge;M. Jackson
影响因子：
1.7
作者：
Stephenson, Michael H.;Ringrose, Philip;Schofield, David
通讯作者：
Schofield, David
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影响因子：
2.6
作者：
C. Jacquemyn;M. Jackson;G. Hampson
通讯作者：
G. Hampson
DOI：
--
发表时间：
1978
期刊：
影响因子：
--
作者：
J. L. Siemieniuch;I. Gladwell
通讯作者：
I. Gladwell
DOI：
--
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
作者：
R. C. Jensen;T. Mandeville;N. Karunaratne
通讯作者：
N. Karunaratne