Modellbasierte Analyse einer geschlossenen Zweiphasen-Thermosiphon-Sonde für mitteltiefe Geothermie

Abstract

Geschlossene Zweiphasen-Thermosiphon-Sonden sind eine Möglichkeit zur effizienten Nutzung geothermischer Energie aus mitteltiefen Bohrungen, die ohne Hilfsaggregate wie Pumpen auskommt. Aufgrund der Komplexität der Mehrphasenströmung, der Phasenwechsel und konjugierten Wärmeübergänge im Innern der Sonde sind direkte Messungen des internen Betriebszustands schwer möglich. In dieser Arbeit wird deshalb ein Modell entwickelt, das makro- und mesoskopische Analysen kombiniert, um den Wärme- und Stofftransport in der Sonde im stationären Zustand zu berechnen. Dabei werden Schlüsselfaktoren ermittelt, welche die Arbeitsleistung der Sonde beeinflussen. Zudem werden ingenieurtechnische Empfehlungen zur Optimierung der Betriebsparameter, der Konstruktionsgestaltung, der Systemstabilität sowie der Wärmeübertragungseffizienz gegeben