On the network of thermal resistances embodying the response of geothermal boreholes to creeping groundwater flows

Abstract

Se sabe que los acuíferos mejoran el intercambio de calor entre los sondeos geotérmicos y el terreno. Para evaluar con precisión esta mejora, son necesarios modelos teóricos de la interacción térmica entre los sondeos geotérmicos y los flujos de agua subterránea. Aunque ya existen modelos en la literatura, estos se basan en ideas y metodologías concebidas para terrenos puramente conductivos. A pesar de su buen funcionamiento, la falta de rigor matemático limita sus capacidades y su desarrollo futuro. Este trabajo pretende superar esas limitaciones mediante la formulación de un modelo matemáticamente riguroso y físicamente sólido para el caso de flujos subterráneos reptantes. Ello permite evaluar, por primera vez, las ventajas conceptuales y las limitaciones del estado del arte actual, así como proponer vías para mejorarlo.

Aquifers are known to enhance the heat exchange between geothermal boreholes and the ground. To accurately assess this enhancement, theoretical models for the thermal interaction of geothermal boreholes with groundwater flows are necessary. Such models already exist in the literature but rely on ideas and methodologies intended for purely conductive grounds. Despite their satisfactory performance, the lack of mathematical rigor limits their capabilities and future development. The present work aims to overcome these limitations by deriving a mathematically rigorous and physically sound model for the case of creeping groundwater flows. This allows to evaluate, for the first time, the conceptual merits and limitations of the current state of the art and to envision ways of improving it.