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。     

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.     

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。     

竖直U型埋管地热换热器热短路现象的影响参数分析

通过引入换热器出口最高流体温度的概念,对地源热泵竖直U型埋管地热换热器的热短路现象进行了量化,基于竖直U型埋管周围的瞬时有限元模型,对影响热短路现象的主要参数(支管间距和回填料导热系数)进行了模拟分析,得出了量化结果。结果表明,增大支管间距可降低换热器出口最高流体温度,减小由热短路现象引起的热损失;回填料的导热系数对热短路现象的影响较大,当回填料导热系数小于周围土壤的导热系数时,增大回填料导热系数对减小热短路损失有较大作用,而当回填料导热系数大于土壤导热系数时则作用不大,推荐使用导热系数与周围土壤导热系数接近的回填材料。     

地下含湿岩土热渗耦合模型及换热埋管周围土壤温度场数值模拟

考虑了地下水的渗流作用和U型换热埋管的实际形状,建立了U型管地下换热器管内流体以及周围土壤热渗耦合物理数学模型.模型将土壤视为均匀的、各向同性的饱和多孔介质,土壤中水的渗流视为二维.管内湍流流动采用Realizable k-ε模型,数值计算采用Fluent软件.给出了管内流体以及周围土壤的温度分布数值模拟结果,分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响、U型管两支管的热短路作用及回填材料对土壤温度场的影响.所得结论对地下换热器的设计具有理论意义.     

不同管间距的垂直U型地埋管换热实验研究

对不同管间距的垂直U型地埋管进行了夏季工况连续实验,比对单U地埋管换热器不同管间距下的单位井深换热量、管群内土壤温度变化和系统运行情况,结果表明,管间距越大,单U换热器和土壤之间换热效果越好,管群内的热干扰越弱;管间距过小,系统内换热器的换热情况将恶化,导致不能长期稳定运行。     

地源热泵垂直埋管的传热模型及计算

建立了垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型，采用有限差分法建立了垂直U型埋管换热器瞬态传热模型的解析解；并且在不同的工况下进行实验测试，与模拟结果进行了对比，结果表明模拟与实验能较好地吻合，从而使模型的正确性得到了验证。可为地源热泵的设计和运行提供理论指导。     

三种埋管换热器换热性能的模拟与实验研究

本文采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了单U型、双U型及套管式地埋管换热器在不同管内流速下的换热情况以及埋管周围土壤温度场的变化情况。研究表明:实验值与模拟值相吻合;地埋管换热器换热能力随着管内流速的增大而增强;三种形式地埋管换热器换热能力以套管式最优,双U型及单U型地埋管次之。     

土壤源地热换热器的传热性能分析及优化设计研究

文中对垂直U型埋管土壤源地热换热器的传热性能进行了分析,并优化设计计算了不同负荷下地热换热器的长度.首先根据土壤源地热换热器的传热性能分析,在满足工程实践的基础上,选择了IGSHPA模型简化下的传热分析方法计算传热热阻;然后利用一维导热和线热源模型,得到流体至管道内壁的对流换热热阻,塑料管壁的导热热阻,钻孔内部的导热热...     

垂直埋管热湿传递线源模型的建立及其计算条件

现有的土壤传热模型忽略了水分迁移对传热的影响,根据质量与能量守恒原理,在原有的垂直埋管土壤源热泵一维线源模型上发展了传热传湿数学模型,并对模型中土壤的各参数进行了分析,为下一步的数值模拟计算以及进一步研究土壤含水率对传热影响奠定基础。     

土壤高温储热热湿迁移过程的初步研究

初步建立了土壤高温储热热湿迁移过程的数学模型,并进行了数值求解.结果表明,土壤热湿迁移过程中的湿度场稳定时间明显滞后于温度场,且与土壤类型和水力传导特性等有关.对于水力传导性较差的土壤,在高温储热初期,靠近热源的地方容易产生湿份聚集,使得湿度曲线出现一个短期峰值.与低温储热相比,土壤高温储热时湿度迁移对温度场的影响较大,温度场呈整体降低趋势,降低幅度顺序为:砂土>壤土>粘土.在该文模拟条件下,粘土的热湿迁移过程对于初始湿度的变化不敏感,而砂土的热湿迁移过程则依赖于初始湿度,且影响程度随着初始湿度的增加而增大.     

不同回填材料对U型垂直埋管换热性能的影响

在天津市一生态居住小区综合办公楼建立了闭环大地耦合地源热泵系统(GCHP)，对该系统所采用的不同回填材料U型垂直埋管-U型桩埋管和U型井埋管换热器分别进行取热和放热的实验研究，对比分析了这两种埋管方式换热器的换热效果与性能及影响因素。并对这两种埋管方式在短期连续放热运行条件下对周围土壤温度场的影响进行测试分析，得出了这两种埋管换热器的热作用半径。     

太阳辐照下湿份分层土壤中热湿传输的数值模拟

考虑温度对土壤湿分迁移的影响，建立描述存在干饱和层时的土壤热湿传递的数学模型，并就自然环境和恒定太阳辐照下两种情况进行数值模拟，获得不同环境条件下土壤中温度和湿分分布以及水分蒸发的动态特性，分析干饱和土壤层对土壤热湿迁移与水分蒸发以及温度对土壤湿分传输的影响。     

大气对流对土壤内热湿迁移影响的实验研究

对土壤内热湿迁移过程进行了研究,通过对土壤内热湿迁移机理分析,根据质量守恒和能量守恒原理,建立了土壤非饱和区热湿迁移的理论模型,对大气对流环境条件下砂土内热湿迁移过程进行了实验研究,实验测量和数值计算,获得了不同大对流速度作用下土壤中温度,含水率分布以及水分蒸发强度的变化。     

垂直U型埋管换热器准三维热渗耦合模型及其实验验证

为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求解,探讨了土壤热物性及地下水渗流对埋管换热特性的影响。结果显示:土壤导热系数与比热容的增大均有利于加强埋管的换热,且地下水渗流的存在有利于强化地下埋管与周围土壤间的换热能力,提高土壤源热泵系统的运行效率。实验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,可为地下埋管换热器传热特性的研究提供理论基础。     

U型管埋地换热器三维传热模型及实验对比分析

针对U型管埋地换热器的传热特点,考虑了两管脚之间的相互影响,建立起非稳态传热模型。采用数值解法对该理论模型进行了求解,并将结果与实验值进行了对比分析,发现两者变化趋势一致,但理论计算结果比实验测试值低,其中的一个重要原因是因为换热器与土壤间的热交换不是纯导热过程,还应该进一步考虑土壤中热湿迁移等因素的影响。     

自然环境下湿分分层土壤中热湿迁移规律的研究

建立描述存在干饱和层时的土壤热湿传递的数学模型并进行数值模拟，获得自然环境下土壤中温度、湿分分布以及水分蒸发的动态特性，分析干饱和土壤层对土壤热湿迁移及水分蒸发的影响。数值模拟获得实验支持。