圆台型螺旋能量桩换热性能的数值模拟研究

圆台型螺旋能量桩是一种换热性能较好的新型地埋管换热器.为探究圆台能量桩的传热规律,采用环形管等效热源替代螺旋管内流体流动传热的数值建模方法,分别建立了0° 锥角(圆柱型),5° 锥角,10° 锥角,15° 锥角和20° 锥角圆台螺旋能量桩模型,并通过单位面积换热量和单位管长换热量分别从能量桩的整体结构和内部结构进行了传...     

循环高温作用下花岗岩裂缝渗流–传热特性试验研究

在利用注水热交换方式进行高温岩体地热开发过程中，热交换对流通道周围高温岩体会反复经历降升温循环作用，循环温度作用下高温岩体裂缝壁面变形、裂缝导流与岩体传热特性都会受到一定影响。为揭示这一复杂过程中花岗岩裂缝渗流特性及强制对流换热规律，在实验室进行降–升温循环(300℃→250℃→200℃→150℃→300℃)作用下流体渗流换热试验，结果表明：(1)低温水注入会诱发高温花岗岩裂隙面损伤破裂，裂缝面粗糙度系数JRC由初始的14.51变化至作用后的21.03，粗糙裂缝面轮廓最大高差ξ由2.2 mm增至3.21 mm，高温岩体导流裂缝随温度变化而变得更为曲折、粗糙度增大。(2)岩体温度由300℃递减至150℃时，裂缝渗透率呈指数型下降，由初始1.63达西降至0.53达西；而岩体温度由150℃增至300℃后，由于岩石基质热膨胀导致裂缝闭合，渗透率进一步降低；随着降–升温循环次数增加，裂缝渗透率整体呈一定程度波动变化，最终使得渗透率明显降低。(3)岩石初始温度高、提高热交换注入水压力，有利于高温花岗岩裂缝对流换热效果；然而随着降–升温循环次数增加，对流热交换作用效果变弱。研究对高温岩体地热高效开发...     

小水电站厂房内气流组织的三维数值分析

讨论了此类复杂三维模型的网格生成方法以及边界条件的选取与假设，并计算分析比较了几种送风方案下的换热效率，得到了安装成本较低、换热效率较高的气流组织方案，从而为复杂空间内对流换热的气流优化组织提供了一定的参考依据。     

基于桩土相互作用的嵌岩能源桩传热计算

针对螺旋地埋管嵌岩能源桩传热,提出一种新的计算模型,可考虑基岩温度、大气-地面对流换热、桩顶处绝热处理、流体速度和流体热量损耗对其传热影响。首先求解土体温度自由场;接着考虑桩体运行时系统传热相互作用的影响,得到桩体温度场;然后将土体温度场问题转化为一系列未知系数求解;最后通过边界条件得到土体附加温度场。分析表明:在桩顶和桩底两倍桩径范围内,土的附加温度变化幅度最大;桩土传热系数对能源桩传热性能影响最大,减小桩土传热系数可显著提高能源桩传热性能;流体导热系数及流速对桩的传热效果影响不可忽略;土的导热系数及大气-地面对流传热系数对其传热性能影响很小。     

竖直U型埋管换热器换热特性研究

本文建立了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型,通过对U型埋管两支管内循环流体的能量平衡方程的分析与推导,求得了该传热问题的解析解,得到了计算U型管换热器中流体温度沿深度变化的解析式。进一步研究了回填材料、管内流量、管脚间距、管材导热系数等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并引入了钻孔换热效率来评价地下换热器的换热性能。     

分层渗流土壤能源桩传热特性研究

以能源桩为研究对象,结合土壤分层渗流的实际工程地质情况,根据能量守恒原理建立能源桩传热微分方程,采用分离变量和拉普拉斯变换求得了分层渗流土壤能源桩传热的过余温度表达式。通过计算,验证了传热模型的正确性。基于该模型讨论了土壤热物理性质、渗流速度等因素对过余温度分布的影响。结果表明：桩体上、下相邻土层热物理性质变化会对桩顶和桩底范围内的过余温度分布产生影响,且对桩的总换热量有一定影响;渗流会显著影响土层内过余温度的分布,离能源桩中心相同距离处,上游土层过余温度低于下游土层;渗流速度越大,土层内过余温度等温线偏移越显著;热输运效应越明显,能源桩的换热效率越高。     

综合管廊通风换热理论研究

将矩形结构综合管廊等效近似为圆筒形结构,综合考虑土壤导热热阻、壁面对流换热热阻及内热源对综合管廊通风降温的影响,建立了综合管廊一维稳态传热数学模型,求解得到管廊通风风速的解析表达式,辅以简单的Excel迭代计算可用于综合管廊实际工程换热通风量的计算.考虑壁面传热后机械通风量明显低于壁面绝热计算通风量.分析了综合管廊通风...     

化工管廊管道火灾事故多米诺效应

为解决化工管廊中某一管道发生火灾造成邻近管道失效,引发管廊事故多米诺的问题,结合热传导、强制对流换热理论分析管廊管道不同运行状态下的换热方式,研究火灾中管廊管道温度随时间的变化规律。通过研究化工管廊不同事故现场导致事故多米诺的问题,提出管廊管道结构在火灾高温环境下的事故多米诺分析方法,建立管道火灾失效模型及事故多米诺模型。理论分析结合案例计算表明:火灾中,不同运行状态管道与输送介质之间换热量不同;管道关阀断料状态下失效时间短,运行状态下的对流换热量大,管道失效所需时间长;火灾热辐射通过管壁传递到输送介质的热量越多,失效所需时间越长。     

消防服用织物热防护性能数值模拟

消防服用织物在纯火焰对流热作用下与纯辐射热作用下的传热机制有一定区别,表现在服装与热源之间换热边界条件上。建立纯火焰对流作用下消防服传热模型,分析火焰与服装织物外层之间的换热边界条件,运用实验法确定火焰换热系数经验式,研究衣下微气层传导对流传热特征。火焰传热系数由辐射换热系数和对流换热系数组成;火焰热流密度为84kW/m2时,衣下微小空气层厚度不超过9mm时其热传递以传导换热为主,空气层越厚导热系数越小;空气层厚度大于9mm时其热传递以对流换热为主,空气层越厚传热系数越大。     

太阳能多孔集热墙内传热与流动特性分析

分析了太阳能多孔集热墙内传热与流动过程，在局部非热力学平衡的条件下，采用双方程多孔介质模型对其进行数值模拟。获得了空气流速，多孔材料的当量导热系数，多孔介质骨架与气体间的对流换热系数以及多孔层厚度变化时的温度分布，分析这些因素对太阳能多孔集热墙性能的影响。结果表明，提高多孔材料的当量导热系数，多孔介质骨架与气体间的对流换热系数和增大多孔层的厚度对提高集热器的性能是有利的。降低空气速度可以提高空气的温升幅度，但是总的吸热量将会降低。     

相变微胶囊悬浮液管内层流强迫对流换热分析

为了从微观角度研究雷诺数对相变微胶囊悬浮液对流传热的影响,对恒热流边界条件下圆管内相变微胶囊悬浮液层流进行了数值模拟。结果表明,Re数对相变微胶囊悬浮液的对流换热效果的影响主要是通过相变区的位置和大小决定的。Re数越大,相变区越长,壁面温度越低,相应的修正对流换热系数和修正努塞尔数越大,对流换热效果越好。     

基于流固耦合解析地下建筑动态传热

流固耦合是地下建筑内空气与壁面的换热特性,空气温度和壁面温度互为热传导和对流换热的边界条件。本文解析了地下建筑内空气与壁面的传热特性,建立了深埋地下建筑动态换热的数学物理模型,引入单位脉冲反应系数,编制了计算机程序,应用程序对某地下建筑的动态换热进行了数值模拟;分析了通风量、进风温度和建筑形状对壁面传热的因素,结果对地下建筑通风空调设计提供了一些参考意见。     

软土地区双排桩支护模型在SAP2000中的实现和讨论

本文以一软土地区双排桩基坑支护工程为例,采用SAP2000软件,对前排桩侧土的水平反力(弹簧)系数、桩间土水平刚度系数、后排桩水平荷载分布以及排桩桩底支座等参数和边界条件进行分析和讨论,对比不同模型内力和变形结果,同时结合地质条件接近的双排桩支护工程的监测结果判断,最终确定软土地区双排桩支护模型的合理参数和边界条件。     

基于HSS模型的管廊基坑支护结构受力探究

以某综合管廊基坑为例,基于HSS模型,运用有限元软件,对基坑支护结构受力进行数值模拟,探究综合管廊基坑内力、变形发展规律。研究结果表明：受支撑刚度影响,随开挖深度增加,围护桩整体变形由悬臂式转变为内凸式,桩体最大水平位移位于坑底附近。与HSS模型相比,MC模型计算得到的桩体底部水平位移值偏大,约是前者的1.60倍。地表沉降曲线呈抛物线形分布,最大沉降发生在距基坑10 m左右。MC模型计算出的沉降在坑边产生较大土体隆起。钢板桩于内支撑处产生弯矩突变,位于基坑底面偏上处;2种土体本构模型计算出的弯矩值及分布形式相差不大。当基坑支护有两道内支撑时,第一道支撑轴力先增后减;第二道支撑在安装后,轴力逐步增大,逐渐成为主受力支撑。     

数值模拟分析自然对流对管壳式相变蓄热装置熔融过程的影响

随着能源优化配置和清洁供热的需求越来越高,提高固液相变蓄热的换热效率成为相变蓄热中的重要问题,特别是自然对流影响。本文运用数值模拟方法研究了水平单管管壳式的Ba(OH)2·8H2O蓄热装置中自然对流与无对流对其熔融过程的影响,对熔融过程相界面进行了详细的描述。结果表明,在熔融过程中,对流传热在5min～30min内成为传热主导方式,较高温度的液相材料上升,而较低温度的液相材料下降,从而产生循环对流,使上部区域相较于换热管下部区域先熔融,自然对流加速换热管中上部区域换热效率,但对下部区域换热效率影响较小。总体来说,自然对流使相变材料熔融时间缩短19.23%。     

能量桩桩-土接触面力学特性室内试验研究

基于地源热泵桩埋管形式的能量桩技术逐渐在工程中得到推广应用;但是,针对冷热交换影响下能量桩的承载力特性研究相对较少,尤其针对能量桩-土接触面的摩擦力学特性研究相对更少。基于室内土工试验和南京地区3种具有代表性的典型土样,针对能量桩-黏土、能量桩-粉土和能量桩-砂土接触面的摩擦力学特性进行室内土工直剪试验;着重分析不同桩体温度和桩周土体含水率等情况下能量桩-土接触面力学特性。研究结果表明,相同含水率情况下,能量桩-黏土接触面的温度效应最明显、能量桩-粉土接触面的温度效应次之、能量桩-砂土接触面的温度效应最小;相同桩体温度情况下,桩周土体含水率的大小对能量桩-黏土接触面力学特性的影响最明显、对能量桩-砂土接触面力学特性的影响最小;相关研究成果为能量桩承载力的设计与计算提供一定的参考依据。     

强化传热在热（沸）水器上的应用

论述在一自然通风小型立式天然气热（沸）水器的烟管内插入Ｚ型扭带－一儿的管内强化传热元件，强化单相流体管内对流换热，提高热（沸）水器的换热能力，降低排烟温度、减少排烟热损失，提高其热效率，达到节能的目的。     

对流和辐射条件下变热特性参数的肋片传热性能

采用谱配置法对导热系数、表面对流换热系数和表面发射率均为温度函数的对流-辐射肋片的传热性能进行研究。在求解过程中,肋片温度通过谱配置点和拉格朗日插值多项式离散,从而将微分形式的能量方程转化为矩阵形式的代数方程。与文献中的解析解相比较发现:谱配置法对肋片的非线性传热问题具有很好的计算精度和计算效率;计算精度随着配置点的增加近乎呈指数上升。同时发现:随着导热系数变化率和表面对流换热系数变化率的增加,以及表面发射率变化率的减少,肋片温度随之升高;随着对流与导热耦合参数和辐射与导热耦合参数的减少,肋效率随之提高。     

复合式重力坝基坑支护结构的机理与参量分析

复合式重力坝基坑支护结构是介于重力式水泥土墙和排桩两种围护形式之间的一种复合支护形式。通过有限元模型,结合现场实测数据,分析了复合式重力坝支护结构的受力机理和变形特性,并进行了参数分析。研究表明复合式重力坝支护结构中除内插钻孔桩和水泥土自身抗弯性能承担一部分弯矩外,桩体受拉、坝体受压二者形成空间效应也能承担部分弯矩。相比排桩支护结构,复合式重力坝支护结构能更好地控制侧向变形。成果对复合式重力坝基坑支护结构的推广和应用具有较大的参考价值。     

桥梁桩基单桩储热与桩身力学特性模拟研究

在当今能源短缺的背景下,利用地热能进行桥面除冰融雪是一种比较经济环保的融雪方式,即冬季利用地热对桥面进行除冰融雪。基于FLAC3D,建立单桩模型,进行桩基储热及桩身力学特性的模拟。研究结果表明:呼和浩特地区冬季桩基换热管温度稳定在7.75℃;桩基传热影响半径在3 m左右;在研究传热时间对桩身力学特性影响中发现,随着传热时间的增大,桩身所受的拉应力逐渐增大,而压应力和桩身竖向位移逐渐减小;在研究传热温度对桩身力学特性影响中发现,随着传热温度的增加,压应力在增大,桩身竖向拉应力在减小;同时随着桩身前半段竖向位移减小,桩身后半段竖向位移会逐渐增大。