冬季工况下埋管换热器换热特性实验与模拟对比分析

利用土壤源热泵实验系统,进行不同埋管间距下冬季连续运行实验。采用FLUENT模拟软件建立竖直U型埋管的等效传热模型,对不同实验工况进行了数值模拟,将获得的实验数据与模拟结果进行对比分析。通过分析,得到了不同埋管间距对土壤源热泵系统性能的影响,土壤温度场变化对地埋管换热器换热性能的影响规律。     

深层地埋管换热器换热性能模拟及稳定性研究

以深层地源热泵地埋管换热器为研究对象,对其换热特性进行数值模拟和实验研究。建立考虑轴向地温梯度的深层地埋管换热器传热模型并进行模拟计算,通过示范工程现场测试数据验证该模型的正确性。对深层地埋管换热器换热的性能稳定性进行研究,发现深层地埋管换热器连续长期运行及间歇长期运行下换热性能基本稳定。当按不同运停比运行时,岩土温度恢复效果良好。研究结果表明深层地源热泵有较好的换热性能及运行稳定性,为深层地热能的开发利用提供了新思路。     

单U型地埋管换热影响因素分析

针对地源热泵单U型地埋管换热器的换热特性,根据岩土体自恢复实验台,利用Gambit软件建立了地埋管换热器的传热模型,并通过Fluent软件模拟分析了不同的管间距、不同的流速以及不同进口水温对单U型地埋管换热器换热能力的影响。     

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.     

软土地区竖直地埋管换热器参数与换热性能分析

地埋管换热器是土壤源热泵系统的关键部件,选择合理的设计参数是对土壤源热泵系统工程进行优化设计的基础。依托上海市典型地质条件建立单U垂直地埋管换热器三维非稳态传热模型,分别分析了上海市地质条件、换热器结构、循环流体、运行模式等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并通过回归分析得到地埋管换热器换热效率的变化率与主要影响因素的关系式,使各影响因素的敏感度得到量化,对于影响地埋管换热器换热性能的参数,根据影响程度由大到小依次为循环水平均温度、原始地温、换热孔深度、岩土体导热系数、回填料导热系数。研究结果为土壤源热泵系统的实际应用提供参考。     

竖埋螺旋管地热换热器理论模型及实验研究

对竖埋螺旋埋管地热换热器建立了传热模型，分析了流量、土壤传热系数对热输出的影响，并计算了等效传热系数、竖埋螺旋埋管换热器对土壤温度场的影响情况。在理论计算的基础上，对一竖埋螺旋管地源热泵系统进行了实验研究，对比分析了理论计算值和实验测试值，并分析了热泵系统的性能。     

基于线热源理论的垂直U型埋管换热器传热模型的研究

基于经典常热流线热源理论,通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻思想将其发展为能够适用于变热流埋管换热与地源热泵系统模拟的变热流线热源模型,并与改进的经实验与理论验证的圆柱源理论模型进行了比较与分析。结果表明:所发展的变热流线热源模型能够有效地模拟地下埋管的换热过程,可作为地下垂直U埋管换热过程的计算模型,为地源热泵地下埋管换热器的设计计算及地源热泵系统的模拟提供了一种新的简单而又实用的计算方法。     

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。     

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。     

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。     

Numerical study of convective heat transfer of nanofluids in a circular tube two-phase model versus single-phase model

Laminar convective heat transfer of nanofluids in a circular tube under constant wall temperature condition is studied numerically using a CFD¹ approach. Single-phase and two-phase models have been used for prediction of temperature, flow field, and calculation of heat transfer coefficient. Effects of some important parameters such as nanoparticle sources, nanoparticle volume fraction and nanofluid Peclet number on heat transfer rate have been investigated. The results of CFD simulation based on two-phase model were used for comparison with single-phase model, theoretical models and experimental data. Results have shown that heat transfer coefficient clearly increases with an increase in particle concentration. Also the heat transfer enhancement increases with Peclet number. Two-phase model shows better agreement with experimental measurements. For Cu/Water nanofluid with 0.2% concentration, the average relative error between experimental data and CFD results based on single-phase model was 16% while for two-phase model was 8%. Based on the results of the simulation it was concluded that the two-phase approach gives better predictions for heat transfer rate compared to the single-phase model.     

微槽群平板热管散热器传热性能的研究

分别选择不同的翅片间距和高度,对一种新型微槽群平板热管散热器的翅片结构进行优化,得到了热管散热器的最佳整体结构。结果表明:翅片的间距为14mm、高度为60mm时,平板热管散热器的传热性能最好。将热管、管脚以及翅片的温度与实验结果进行对比,结果吻合良好。     

空气源热泵热水机组系统仿真的研究

建立了空气源热泵热水机组的系统仿真流程,给出了机组四个主要部件的稳态仿真数学模型,进行变工况稳态工作性能预测,同时给出了换热器中的换热关联式模型。稳态仿真结果与21组实验数据相比,机组运行特性与制热特性均得到准确模拟,验证了所建模型的可靠性。     

珠状凝结模型对比研究

珠状凝结与膜状凝结相比是一种高效的、有相变的换热方式,得到了广泛关注。介绍了关于珠状凝结换热在实验和理论模型方面的研究状况,并进行了对比。并且考虑了接触角、促进层以及裸露表面强制对流换热的影响,建立了新的计算珠状凝结换热特性的模型,新模型可以计算不同工况下的不同换热结果。将新模型的计算结果与实验数据进行对比,发现二者较为吻合。为进一步研究珠状凝结换热提供了一定的理论依据。     

A two-region simulation model of vertical U-tube ground heat exchanger and its experimental verification

Heat transfer around vertical ground heat exchanger (GHE) is a common problem for the design and simulation of ground coupled heat pump (GCHP). In this paper, an updated two-region vertical U-tube GHE analytical model, which is fit for system dynamic simulation of GCHP, is proposed and developed. It divides the heat transfer region of GHE into two parts at the boundary of borehole wall, and the two regions are coupled by the temperature of borehole wall. Both steady and transient heat transfer method are used to analyze the heat transfer process inside and outside borehole, respectively. The transient borehole wall temperature is calculated for the soil region outside borehole by use of a variable heat flux cylindrical source model. As for the region inside borehole, considering the variation of fluid temperature along the borehole length and the heat interference between two adjacent legs of U-tube, a quasi-three dimensional steady-state heat transfer analytical model for the borehole is developed based on the element energy conservation. The implement process of the model used in the dynamic simulation of GCHPs is illuminated in detail and the application calculation example for it is also presented. The experimental validation on the model is performed in a solar-geothermal multifunctional heat pump experiment system with two vertical boreholes and each with a 30 m vertical 1 1/4 in nominal diameter HDPE single U-tube GHE, the results indicate that the calculated fluid outlet temperatures of GHE by the model are agreed well with the corresponding test data and the guess relative error is less than 6%.     

合金凝固传热传质宏微观耦合数值研究及验证

建立了描述二元合金凝固的平面枝晶一维微观偏析数学模型,考虑溶质在固相中有限扩散,在液相中完全扩散。通过数值模拟,分析比较了A l-Cu和F e-C合金的微观偏析特性。同时,进一步将微观数值模型与宏观凝固实验的传热传质数学模型相耦合,实现了凝固宏微观复合尺度的全数值模拟。研究表明,数值计算结果与实验数据吻合良好,证明微观模型能较准确地反映微观质量传输并能可靠地与宏观相变传热传质模型相耦合。此外,从微观到宏观的计算结果都说明F e-C合金的凝固过程几乎接近平衡凝固。     

Performance analysis of an air-source heat pump using an immersed water condenser

A distributed model of an air-source heat pump (ASHP) system and its experimental setup using an immersed water condenser were presented. Dynamic performance of the ASHP was then evaluated by both simulation and experiment. The results indicated that the system coefficient of performance (COP) decreased as the condenser temperature increased, ranging from 4.41 to 2.32 with the average COP equaling 3.29 during the experiment. Comparisons between simulation results and experimental measurements demonstrated that the model was able to yield satisfactory predictions. Furthermore, temperature profiles of the refrigerant in the evaporator and condenser were also given. This paper provides the theoretical and experimental background for ASHP system optimization and a valuable reference for a solar air-source heat pump water heater when the solar irradiation energy is insufficient on cloudy or rainy days.     

逆流形式下废液与空气热湿传递驱动力的解耦分析及实验验证

为了深入研究逆流形式下废液与非饱和空气热湿传递过程中传热驱动力与传质驱动力之间的关系,建立了逆流形式下废水和非饱和空气的热质交换耦合模型,利用数学方法对该模型的热湿传递驱动力进行解耦分析。将利用根据文献中逆流除湿/再生搭建的实验装置和本文搭建的废液再生实验装置得到的实验数据进行比较、验证。结果发现:相互耦合的温度差驱动力Δt和含湿量差驱动力Δω可以由相互独立的焓差驱动力Δh和相对湿度差驱动力Δφ表示,这两个相互独立的驱动力可以用来独立表征废液和非饱和空气的传热传质过程;相关文献中的和该装置中的实验结果与解耦分析的数值模拟结果一致:非饱和空气出口的所有参数在相互独立的驱动力所界定的范围内变化。     

环保用板翅式换热器的数值模拟与试验研究

选取矩形截面平直翅片板翅式换热器的矩形单通道运用fluent软件进行数值模拟。首先对不同波高和波距的三组九种几何尺寸的翅片在同一工况下进行数值模拟,选出每组中传热和阻力综合性能最优者。然后对选出的三种翅片在不同工况下进行数值模拟,最终选出一种传热和阻力综合性能最优的。并对实物换热器进行试验研究,同时将试验结果和数值模拟结果进行对比分析,验证了数值模拟的正确性。     

燃烧模型在NexGen燃烧器出口流场模拟中的应用

通过求解三维定常雷诺平均的N-S方程,对NexGen燃烧器的出口流场进行数值模拟。首先,利用冷态流场的实验数据验证燃烧器几何模型和数值计算方法的有效性。然后,在计算中分别选取火焰面模型、混合分数PDF模型和涡耗散模型3种燃烧模型,比较燃烧模型对燃烧器出口流场模拟结果的影响。研究结果表明:燃烧模型对Nex Gen燃烧器出口的速度场、火焰形状和热流密度分布基本没有影响,但是对火焰长度、火焰最高温度、最高热流密度及校准面上温度分布和温度值有较大影响。相比火焰面模型和涡耗散模型,混合分数PDF模型的计算结果与实验结果吻合较好,可以为防火试验方案设计提供参考。