潮汐影响下的竖埋螺旋盘管换热器实验研究

根据热渗耦合理论,在相似理论的基础上搭建了模拟潮汐涨落的地源热泵砂箱实验台。实验结果表明,潮汐的涨落对地埋管换热器与土壤间的换热性能及其周围温度场产生一定程度的周期性影响。潮汐影响有利于地下埋管换热器周围土壤温度场的恢复,提高土壤源热泵系统的运行性能。     

利用热管技术提高地源热泵水平埋管的换热效能

提出了把热管应用到地源热泵的水平埋管换热器中 ,用以提高换热器周围土壤的温度和稳定土壤周围的温度场 ,以减少埋管换热器的占地面积     

土壤源热泵地下水平埋管换热性能及其周围土壤温度场的影响研究

通过建立地下水平埋管换热器模型,模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度场分布和埋管换热量的影响.分析了埋管管材及埋管埋深、管径、管壁厚度等对埋管换热的影响.模拟结果显示,当土壤导热系数从1.1W/(m·℃)增大到2.5W/(m·℃)时,埋管单位管长换热量增幅达100.8%,且到埋管距离越近的点,其土壤温度随土壤导热系数的变化相对较快.地下二层埋管外表面温度及其周围土壤温度变化比地下一层换热稳定性好,换热量大.适当的加大管径,减小管壁厚,有利于增强埋管换热.     

地下水渗流对地埋管换热器周围温度场的影响

为确定地下水渗流对土壤源热泵地埋管换热器周围温度场的影响,以U型地埋管换热器传热系统为例,构建了等效当量直径的单管圆柱换热器传热物理和数学模型,并用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.2a 对夏季工况下地埋管换热器周围温度场进行数值模拟计算,通过有无渗流条件下不同导热系数、孔隙率土壤温度场变化的对比分析,确定引起温度场变化的主导因素,为下一步试验提供了重要依据。     

土壤源热泵U型埋管换热器传热的非稳态数值模拟

本文基于能量平衡方程,建立了土壤源热泵U型埋管换热器周围土壤的非稳态传热模型,用所建立的传热模型对土壤源热泵冬季取热过程进行了动态模拟.研究了不同物性土壤温度及U型埋管出口流体温度的变化规律,分析了土壤物性对换热器换热性能的影响,采用间歇运行方式提高了换热器换热能力.通过建立数学模型得出的结果,可供设计参考.     

埋地换热器理论模型与周围土壤温度数值模拟

提出内热源型埋地换热器理论模型，建立换热器周围土壤热湿传递物理数学模型。内热源模型综合考虑热湿迁移、土壤物性等各方面因素，将埋设于土壤中的换热器处理为等效内热源。采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。着重模拟计算不同土壤物性、不同换热器运行方式对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场影响的模拟计算与分析。     

地源热泵间歇制热运行的试验研究

地下埋管内的水温主要与埋管换热器的长度、地下土壤温度、土壤的热物性及系统运行模式等因素有关.系统最佳运行模式对于地下温度场的恢复、系统运行优化以及减少埋管换热器的造价都有重要意义.文章通过人为控制机组的运行模式,探求连续运行及间歇运行模式下埋管换热器内水温变化规律,以期找到地下换热系统运行优化的最佳手段.     

地下水流动对垂直埋管换热器土壤温度场分布的影响

为确定地下水渗流对地下埋管换热器周围土壤温度场的影响,基于内热源法建立热渗耦合作用下的数学模型,利用传热模拟得到换热器周围土壤温度场分布,结果表明地下水流动对原温度场影响明显,而且地下水流速越大影响越大。     

竖直埋管周围土壤温度场数值模拟研究

建立了应用于地源热泵系统的竖直埋管的传热数学模型,并采用ANSYS软件模拟了埋深为23 m的竖直埋管在夏季运行工况下周围土壤的温度场变化,为竖直埋管换热器的埋设提供了参考。     

地源热泵制冷工况间歇运行的实验研究

地下埋管内的水温主要与埋管换热器的长度、地下土壤温度、土壤的热物性及系统运行模式等因素有关。如果能找出系统最佳运行模式,对于地下温度场的恢复、系统运行优化以及减少埋管换热器的造价都有重要意义。本文就是基于这样的目的,通过人为控制机组的运行模式,探求连续运行及间歇运行模式下埋管换热器内水温的变化规律,以期找到地下换热系统运行优化的最佳手段。     

连续与间歇运行工况下地埋管换热器的换热特性研究

为了研究地埋管换热器在变负荷下连续运行与间歇运行的换热性能,基于有限长线热源渗流模型建立竖直地埋管钻孔外准三维非稳态传热模型,应用叠加原理计算钻孔群中钻孔壁温度场及地埋管内流体温度场。在存在地下水水平渗流的情况下,研究了变负荷连续运行模式下不同渗流速度、不同运行工况及不同钻孔位置对地埋管换热器的换热性能的影响。结果表明,在连续运行模式下,边缘位置的钻孔及较大的渗流速度能够增强地埋管换热器的换热性能;在间歇运行模式下,地埋管换热器的运行份额越小,其制冷效果越好,反之,制冷效果越差;在间歇运行工况下,土壤温度能在系统间歇期内得到一定程度的恢复,从而更好地提高地热能的利用率。     

土壤源地源热泵空调系统的模拟研究

为了研究采取热平衡措施和没有采取热平衡措施的土壤源地源热泵空调系统经过长期运行,对地下土壤的温升影响情况,对西安市某项目土壤源地源热泵空调系统进行了模拟研究。利用TRNSYS软件建立了2个系统模型,一个模型与项目工程空调系统保持一致,采用全年制备生活热水的平衡换热量措施来抵消夏季向土壤中送入的多余热量;另一个模型没有平衡换热量的措施。通过全年和10年期的模拟运行后,采取热平衡措施的系统,其地埋管换热器周围土壤温度温升分别为0.12℃、1.14℃;没有采取热平衡措施的系统,其地埋管周围土壤温度温升分别为0.64℃、3.46℃,对土壤的影响远远大于采取了热平衡措施的系统。     

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟

针对土壤耦合热泵地下U型换热埋管,建立了管内流体以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型。所建模型考虑了U型管的实际形状,土壤考虑为饱和多孔介质,管内湍流流动采用R ea lizab le k-ε模型。采用F luen t软件对模型进行模拟计算,得到了管内流体以及周围土壤温度分布。分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响,并对考虑渗流作用时不同土壤物性对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场进行了模拟计算与分析。     

U型垂直埋管换热器管群周围土壤温度数值模拟

在所建立的内热源型埋地换热器模型基础上，采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。在对单根换热器不同土壤物性对土壤温度影响模拟结果基础上，着重对U型垂直埋管换热器管群模拟只有取热或只有排热单季运行工况下的土壤温度变化，和既有取热又有排热的双季运行工况下的土壤温度变化，分析各自对地源热泵应用效果的影响。     

地下水流动对地下埋管换热器影响的实验研究

为确定地下水渗流对竖直地下埋管换热器的影响,该文从实验角度出发,分别对无渗流土壤、饱和土壤中地下埋管换热器热负荷对其周边土壤温度场的影响,有渗流土壤中地下水流速、土壤初始温度以及埋管热负荷对土壤温度场的影响进行了实验,从而得出在夏热冬冷地区或亚热带地区应用土壤源热泵时,宜采用冷却塔-土壤源热泵混合系统形式或将地下埋管换热器埋设在地下水流速较大地区,以期土壤源热泵的长期良好运行。     

竖直地埋管换热器吸排热量比对换热区温度场影响研究

以上海市同济大学土壤源热泵科学实验场工程为例,利用Feflow软件建立三维非稳态管群传热模型,按照上海典型办公建筑所要求的地埋管换热器吸排热量比(0.33,0.67和1.10)的条件,对30 a内地埋管换热器及其所处换热区的换热特性进行了数值模拟,探讨了地埋管换热器吸排热量比对换热区土壤温度的影响。研究结果表明,地埋管换热器全年吸排热量差异是影响换热区温度场分布的重要因素,当地埋管换热器全年累计吸排热量比为0.55~0.60时,有利于消除埋管区的热堆积现象。     

渗流对竖直地埋管换热器换热性能的影响

为了确定渗流对竖直地埋管换热器换热性能的影响,基于多孔介质传热理论与Darcy定律,利用多物理场耦合软件COMSOL建立了三维热渗耦合模型,模拟了有无渗流条件下竖直地埋管换热器周围土壤温度场的变化。结果表明,地下水渗流有助于竖直地埋管换热器换热,且渗流速度越大,竖直地埋管换热器换热效果越明显;平行于渗流方向处温度场偏向下游,垂直于渗流方向处温度场始终保持对称分布,渗流速度由0m/s增大到1.0×10-5 m/s时,对应热作用半径由0.42m减小到0.32m。     

土壤源热泵地下垂直换热埋管周围非稳态温度场的数值模拟

针对土壤源热泵地下垂直U型换热埋管,建立了周围土壤的非稳态温度场的数学模型,并利用隐式有限差分法进行了数值模拟。通过对制冷和制热工况的模拟,得到土壤温度沿径向的变化规律、埋管出水温度的变化规律及埋管的热作用半径的变化规律。     

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响。以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5 m时对应的换热量较埋深1.5 m时的对应值分别增加了10.4%和15.4%;土壤导热系数由1.278 W/(m·K)增加到3.278 W/(m·K)时,水平埋管的换热量增加了68.24%;HGHE的传热效率随着埋深和导热系数的增加而不断提高。以埋深2 m为界,上部区域的土壤温度受气温和太阳辐射的影响较大,下部区域主要受地埋管换热影响。     

土壤蓄热特性与模拟研究

在能量平衡和导热方程基础上,建立埋地换热器周围土壤内蓄热、释热过程的准三维非稳态模型,并通过数值求解得到计算结果;针对单埋管蓄热模型,得到土壤温度随运行时间、径向距离的变化情况,针对管群跨季节蓄热、取热模型,得到一个周期内不同运行工况结束时的土壤温度场分布;通过模拟计算对不同土壤类型的蓄热特性进行研究,并比较了3种典型土壤的蓄热能力大小.