Advective heat transport modelling in aquifers

Ron Coutts

In the proceedings of: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: T2-C

ABSTRACT: Recently there has been increasing need for quantitative analysis of advective heat transport in aquifers for projects such as in-situ thermal bitumen recovery and geothermal energy system design. This paper presents the fundamentals of an advective heat transport analysis including estimation of heat transport velocity from aquifer heat capacity values and Darcy velocity. A coupled groundwater and heat transfer numerical model is verified and used to illustrate the effect and importance of accounting for temperature dependent water viscosity when undertaking an advective heat transport analysis. Simulation of thermal plume evolution through time in the case of an aquifer intersected by a hot thermal well illustrates the necessity of three-dimensional (3D) modelling in specific cases.

RÉSUMÉ: Récemment, il y a une demande pour des analyses quantitatives de transfert de chaleur avec advection dans les nappes phréatiques dans le cadre de projets tels que la récuperation in situ de bitume par chauffage et la conception de systèmes géothermiques. Cet article présente les équations de transfert thermique avec advection ainsi que celle permettant d'estimer la vitesse du transfert en fonction de la capacité thermique de l'aquifer et de la vitesse de Darcy. Un modèle numérique couplé de transfert de masse et de chaleur a été vérifié et utilisé pour illustrer l'importance de la viscosité de l'eau dans ce type d'analyse. La simulation de l'évolution de panache thermique pour un aquifer avec des puits thermiques chauds démontre bien la nécessité d'une modélisation 3D dans certains cas. 1 INTRODUCTION

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