垂直U型地埋管换热器的数值模拟分析

采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的导热系数成正比,通过拟合分别获得平均每天换热量与管内流速、渗流速度和回填材料导热系数的关系式;土壤的热扩散系数对地埋管的热作用半径影响显著;同时渗流速度越大,换热稳定时间越短,土壤圆周方向上各点温度相差越大,且土壤温度场恢复能力越好。     

土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响分析

以土壤毛管水力特征曲线为基础,通过数值模拟手段,计算分析地下水位线变化对水平换热埋管换热特性、土体热失衡风险和热泵机组技术经济特性的影响规律,并提出“单位热影响面积换热量”这一新的评价指标,讨论土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响规律。研究结果表明：随着地下水位线埋深变浅,埋管水平土壤含水饱和度从12%增加到100%时,在制冷工况下,水平管延米换热量增加了30%,出口水温降低了23%,单位热影响面积换热量提高了47%;制热工况下,水平管延米换热量增加了24%,出口水温升高了25%,单位热影响面积换热量提高了39%。地下水位线埋深和土壤中含水饱和度对水平埋管换热器地下换热效率影响显著。同时,不同水力特征曲线的蓄能土体热失衡风险具有差异性。     

基于TRNSYS模拟的地埋管换热效果影响因素分析

通过原位热响应试验数据验证了TRNSYS软件中U型地埋管换热器模块Type557计算模型的可靠性,应用TRNSYS软件建立地埋管换热模型。基于正交试验的研究方法,综合分析了埋管壁、回填材料、埋管周围岩土的导热系数对埋管换热器换热效果的影响规律。得到影响地埋管换热过程的最主要因素是岩土导热系数,回填料导热系数对其影响程度略低于岩土导热系数,埋管壁导热系数对其影响不大的结论。     

强化太阳能相变蓄热技术的研究进展

为解决太阳能的间歇性问题,常将其与相变蓄热技术进行结合。与传统显热蓄热相比,相变蓄热可将蓄热能量提高数倍以上,具有巨大的研究和应用价值。本文总结分析了相变蓄热的传热机制及在强化太阳能相变蓄热技术上的研究手段,如变换蓄热结构、添加肋片、使用相变胶囊、充注多相变材料、蓄热材料中添加高导热物质等。分析结果显示,相变传热机制中,融化过程主要考虑对流换热,凝固过程热传导占主导;使用肋片、相变胶囊等,主要增大相变材料接触面与蓄热体的比值,进而改善传热;蓄热材料添加高导热物质,可以改善相变材料的团聚、结核及使用寿命,从而提高导热性能,其中添加泡沫金属效果最为显著。     

蓄热式管壳换热器传热特性研究

针对热电联产机组供热期发电负荷受供热量限制,机组调峰能力下降、电力系统弃风弃光现象严重的问题,设计了一种新型蓄热式管壳换热器。利用相变材料蓄/放热过程中温度接近恒定、释放潜热量大等优点,选取石蜡为相变材料,换热器相变区作为换热单元,采用控制变量法,针对传热流体流速、相变材料导热系数及相变层厚度等关键因素,对换热单元的蓄/放热过程进行数值模拟。结果表明:提高传热流体流速可增强换热单元蓄热能力,缩短相变材料完全熔化时间,放热过程中为保证换热器输出端热量,应适当选取传热流体流速;使用复合材料提高相变材料导热系数能够增强换热单元的换热能力,在相同传热流体流速下使换热单元平均传热系数较纯石蜡工况提升2倍以上;增加相变层厚度在放热过程中可延长传热流体出口温度维持的时间。     

混合型缓冲回填材料模型试验研究

为验证混合型缓冲回填材料在高放废物地质处置库中的传热效果,参照高放废物地质处置库概念图中各部的实际尺寸结合数值模拟所得处置库热源的影响范围设计了模型试验,选用导热、抗渗和强度均有明显优势的配合比进行了"直接压实法"和"堆砌法"2种模型试验,得到了2种砌筑方式下处置库模型的传热效果,探讨了回填材料在2种砌筑方式下的处置库模型的传热规律。观察对比2种砌筑方式的传热效果,可以发现:在中心热源的持续影响下,缓冲回填材料的含水率会发生变化,对其的导热系数和模型的整体性存在不同程度的影响;相比于"堆砌法","直接压实法"所得模型的内外收敛温度差更小,温度收敛也更加迅速。因此,建议处置库回填材料砌筑时,在保证缓冲回填材料的均匀性和工程质量的前提下应尽可能增大其尺寸,接缝处应尽量填充密实,减小空隙对缓冲回填材料导热特性和处置库密闭性的影响。     

相变蓄热式家用太阳热水系统国外研究进展

综述了国外相变蓄热材料在家用太阳热水系统中的应用研究进展情况;指出相变蓄热材料的应用可以提高系统的集热效率;能量蓄积密度和太阳能保证率。材料的性质（如导热系数、熔点、比热容,相变潜热、密度等）、设计参数（蓄热材料的体积、换热管的数量和位置）以及材料的包装方式（形状和大小）影响系统性能（包括效率、出水温度、热水可用时间、热损及蓄放热速率）。     

高温下饱和回填材料的换热特性研究

大饱和度地下区域储能时,回填材料的水热运移对埋管换热器和基体间热传递的作用不容忽视。基于改进理查德方程和Marsily表观热导率,建立高含水率下回填材料(粘土、砂及砂加膨润土)的二维热湿迁移模型,并在室内搭建换热试验平台,获取3种材料的单位换热效率及排、停热工况下温、湿度场分布。结果表明:高含水率密闭系统中的Soret效应相对较弱,可只考虑潜热的纯导热;高饱和度条件下,砂类等低持水性材料传热效果最好。但综合考虑热容能力时,在忽略热损失情况下,粘土的间歇排、取热有利于提高储能系统的有效性,经济性最高;所建数学模型与试验数据吻合度好,高温饱和条件下,水蒸气扩散及蒸发冷凝引起的水热运移可忽略,所建模型适用于大饱和度环境下回填材料的传热分析。     

一种现场测定土壤源热泵岩土热物性的新方法

利用现有土壤源热泵实验台测定了岩土热物性参数,采用传热学反问题的方法对实验数据进行分析。测试过程中从岩土取热,U型地埋管换热器形成一个线热汇,使其在测试过程中与热泵实际运行时的工作状态相接近,测试更准确,节省测量过程的耗电量。以每个采样时刻作为计算节点,取平均值作为计算结果。测定结果显示岩土导热系数为3.2W/(m·K),回填材料导热系数为2.0W/(m·K),岩土热扩散率为0.85×10~(-6)m~2/s。可靠性分析表明:其标准误差分别为0.08W/(m·K),0.04W/(m·K)和0.039×10~(-6) m~2/s。     

层叠式高温相变蓄热系统传热特性的实验研究

为研究层叠式高温相变蓄热系统的传热特性,采用二元熔盐Solar Salt(质量比NaNO_3:KNO_3=6:4)为相变材料,以空气为换热介质,记录不同风速下蓄热箱体内部的温度变化。通过层叠式高温相变蓄热系统的放热实验,分析蓄热箱体内部蓄热单元的传热特性,进而对蓄热箱体内部传热效率低的区域进行传热优化。通过在相变材料Solar Salt中添加不同质量分数的膨胀石墨,提高相变材料的导热系数,进而改善传热效率低的区域。实验表明:在蓄热箱体内部,靠近出风位置的蓄热单元A2降温到200℃所需时间分别比靠近进风位置的蓄热单元B2和C2多10.5%和37.4%。为解决靠近出风位置的A列蓄热单元传热效率低的问题,在A列蓄热单元的Solar Salt中添加膨胀石墨,可以显著改善蓄热箱体内部的传热情况,明显提高了系统的换热能力,且风速为1.53 m/s时相邻配比材料效率提升最大。     

直埋闭式地源热泵回填土性能研究

回填土的性能对直埋式地源热泵的设计有一定的影响．对直埋闭式地源热泵用回填土的性能参数中的密度、含水率、饱和度以及导热系数进行了数学定义，并指出影响导热系数的主要因素是密度和含水率。用平板探针原理的室内试验的方法研究了各种物质组成情况、时间以及不同温度对导热系数的影响，并对试验的结果进行了详细的分析，得出了随各种影响因素而变化的曲线。试验结果表明，膨润土不适合单独用于回填材料，需与水泥配合并推荐使用非饱和态。导热系数随水灰比的减小而增加。掺人大颗粒的骨料是提高导热系数的有效途径，砂含量的增加使导热系数往往呈线性增长。当水灰比为0．45且砂的置换率为80％时回填材料具有较满意的导热性能，值得推荐使用。     

利用单水浴法测量相变贮热材料及其构件的贮热能力

发展了一种用于测量相变贮热材料及其构件贮热能力的单水浴法。这种方法使用一个其中盛有一定量水的恒温水浴，将水温从T1均匀加热到T2,利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，用消耗的电能扣除热损后即得到加热水所消耗的电能Qw；之后将待测相变材料或其构件浸没在水中，将水浴温度调到T1,并从该温度均匀加热到T2，同时利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，消耗的总电能扣除相应的热损后即得加热水和相变材料或其构件所消耗的电能Qw＋pom;Qw＋pom减去Qw即为相奕材料或其构件从温度T1升高到T2所吸收的热能，即相变材料或其构件在温度区间[T1，T2]上的贮热能力。利用该方法对一种定形相变材料的贮热能力的测试结果与DSC分析的结果相差不到2％，还利用该方法对颗粒状定形相变材料与混凝土共混成型的贮热构件的贮热能力进行了测试。     

非理想相变特性材料热性能简化分析方法及适用条件

采用焓法、分析了蓄能相变材料相变区比热特性性对其蓄换热性能的影响。该方法对潜热型蓄换热系统的热性能分析和计算是普适的。针对该方法较为复杂而理想相变材料（相变温度为一点）热特性的分析较为简单并有大量结果可供参考的特点，讨论了采用对理想相变材料适用的蓄换热性能分析方法和公式来计算相变温度为一个温度区间的非理想相变材料蓄换热特性的适用条件。所得结论拓宽了理想相变材料蓄换热性能分析方法及结果的适用范围。在很多情况下，大大简化了非理想相变材料蓄换性能的分析和计算，对各种蓄能相变换热器的设计和性能优化具有指导意义。     

管内流体流动管外PCM发生相变的贮能系统热性能研究

建立了分析空调贮能系统中管内流体流动管外PCM发生相变的相变的贮能器热性能的数学模型，并进行了数值计算。其中，把传热流体看作是沿轴向的—维无粘流动，对PCM相变过程的求解用显热容法。计算结果与文献中的计算结果吻合较好。所得结论对该类贮能系统的设计和性能优化有一定指导作用。     

Thermal Characteristics of Paraffin Wax for Solar Energy Storage

A thermal energy storage medium must meet the requirements of a stable storage material with high heat capacity. Heat storage based on the sensible heating of media such as water, rock, and earth represents the first generation of solar energy storage subsystems and technology for their utilization is well developed. However, recently the heat storage based on the latent heat associated with a change in phase of a material offers many advantages over sensible heat storage. The most important characteristic of such a subsystem is its sufficient storage capacity. The PCM (phase change material) behavior is visualized by constructing an idealized model thermal capacitor subjected to simulated solar system environmental conditions which include thermal cycling utilizing the latent heat of paraffin for heating and cooling. The proposed model of the capacitor is of a flat plate geometry consisting of two panel compartments forming the body of the capacitor containing the paraffin, leaving at their inner surfaces a thin passage allowing the water flow. The whole structure is assumed to be insulated to minimize heat loss. Analysis solution is used to generate data about the temperature distribution, the melt thickness, and the heat stored in the PCM under two conditions of: (a) constant mass flow rate tests for various water inlet temperatures, and (b) constant water inlet temperature for various mass flow rates. A FORTRAN computer program is constructed to perform the analysis. It is found that water outlet temperature increases with time until it becomes nearly equal to the inlet temperature. Increasing the mass flow rate for a given inlet temperature, decreases the time required for outlet temperature to reach a given value. Increasing inlet temperature for a given mass flow rate gives a very rapid decrease in the time required for the outlet water temperature to reach a given value. Instantaneous rate of heat storage is determined from the inlet-to-exit temperature differential and measured flow rate. This rate is then integrated numerically to determine the cumulative total energy stored as a function of time. It is found that the instantaneous rate of heat storage decreases till reaching a nearly constant value. The total or cumulative heat storage as a function of time, showed a nearly linear trend in the mid-range time, and it increased with increasing inlet temperature.     

相变贮热管管内强化传热的数值研究

以管壳式相变换热器为例,研究了肋片对增强贮热管管内传热的影响。建立了内部设置肋片的贮热管放热过程的数理模型,分析比较了不同的肋片参数,如肋片布置密度、长度及厚度等因素对贮热管放热效果的影响,并通过瞬态传热过程的计算,确定了与多种肋片布置方式所对应的相变贮热管的有效导热系数。     

An Experimental Study on the Effective Parameters of Thermal Conductivity of Mine Backfill

This paper investigates the thermal conductivity of cemented backfill. Two major measurement methods, namely, steady state and unsteady state, are compared. Effect of backfill design parameters such as pulp density and binder content, along with sample homogeneity and sample size, are studied. Thermal conductivity of backfill with and without sodium silicate additive, as a new binder, is investigated. A novel method for interpreting thermal conductivity of backfill is presented by introducing backfill as a multiphase porous material for which the effects of physical parameters, such as degree of saturation, porosity, and thermal conductivity of solid particles, are studied. The results of this research help to better understand the thermal interaction of backfill with the surrounding rock mass and therefore contribute to progressive improvement of backfill technology.     

循环流化床锅炉膜式水冷壁管与鳍片上的温度分布

研究了循环流化床锅炉膜式水冷壁管的传热，并通过采用二维传热分析方法，讨论了带有竖直鳍片和横向鳍片的水冷壁管上温度与热流分布。探讨了炉膛侧传热系数、水冷壁管水侧传热系数、水温、床温、水冷壁管材的导热率以及竖直鳍片部最高，然后逐渐下降，但在横向鳍处理的根部又会上升。为了验证传热分析的真实性，在1台6MWth循环流化床锅炉膜式水冷壁管的横裁面内安置了0.8mm的热电偶，测量子水管横截面上的一些点的温度。实际测量值符合得相当好。     

基于太阳能利用的相变蓄热水箱结构优化

为解决因太阳能的不稳定性等因素导致的太阳能蓄热水箱储热/放热能力的不保证性问题,提出采用中低温有机相变材料58号石蜡作为相变蓄热材料的圆台式太阳能相变蓄热水箱。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟的计算方法,在保证总蓄水体积(以100 L为例)不变的情况下,对水箱中不同内胆倾斜角度分别为75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°的放热过程进行数值模拟,综合对比和分析水箱放热性能模拟结果,得到当倾斜角度为105°时的相变蓄热构件放热性能最佳,可为太阳能相变蓄热水箱的结构优化设计提供理论依据。