分层岩土中地埋管换热器传热解析模型与分析

为准确预测地埋管换热器在分层岩土中的传热特征,采用分离变量法和格林函数法,基于单个圆环热源基本传热单元问题的解答,建立考虑岩土结构分层和横观各项同性特征的地埋管传热解析模型。该模型适用于工程中常见的垂直钻孔和桩基埋管换热器分层传热问题,具有较好的普适性。以2层岩土为例,利用模型解答对分层岩土中地埋管的传热特征以及分层参数对其影响规律进行研究。结果表明：均匀介质假设计算误差随作用时间的增加而逐渐增大,在靠近热源处误差更加明显,预测地埋管长时间温度响应时,应采用分层传热模型;在临界区域范围内,可用均质假设模型预测地埋管的传热特性,均质等效热物性参数取为对应岩土分层的热物性参数值;分层岩土导热系数对地埋管传热性能影响较大,岩土平衡温度随分层导热系数比的增大而明显降低;地埋管长度和直径的比值对地埋管传热性能有所影响,岩土平衡温度随长径比的增大而升高,且其影响程度随分层导热系数比的减小而增强。     

兰州新区地源热泵岩土热物性现场热响应试验研究

针对兰州新区某一写字楼地源热泵工程,为了得到现场岩土热物性,进行现场热响应试验测试。通过研究传热模型及热物性计算方法,对试验数据进行科学处理,获得工程所在地土壤原始平均温度、土壤综合导热系数、容积比热容、钻孔综合热阻。经过查证本建筑场地《岩土工程勘察报告》中的土壤密度、含水率及孔隙率,分析对比认为试验数据是可靠的,计算的岩土热物性数据可用于地源热泵工程设计的基础参数。     

地热换热器U型埋管的传热模型及热阻计算

讨论了地源热泵地热换热器竖直U型埋管钻孔内的二维稳态传热模型。基于钻孔内的温度场的二维解析解，得出钻孔热阻表达式。分析了影响钻孔热阻的几个相关因素，通过与一维简化模型得到的钻孔热阻相比较，认为采用二维模型可以为工程设计提供更准确可靠的热阻数据。     

地源热泵地下岩土热物性的测定方法

提出了可用于现场测量计算地下岩土综合热物性参数的方法。垂直埋设在地下的换热器与周围岩土换热过程可以近似地看作半无限大介质中常热流边界条件下的非稳态导热过程来处理。这种方法克服了其他常用研究模型对钻孔中埋管的具体位置、上升管及下降管之间的距离、换热器材料和回填材料的物性参数的要求,相应地消除了上述各个参数所带来的误差。通过测量地埋换热器的循环水流量、进出水口温度,加热器的加热功率等数据确定地下岩土综合的热物性参数。     

用于现场测量深层岩土导热系数的简化方法

为便于工程上实现应用现场测量确定实际介质的物性,采用一种简化的传热分析方法确定深层岩土导热系数。该方法不需要测量钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的特性等参数,可消除上述参数测量带来的误差。通过现场测量地下埋管回路的加热热流、回路循环水流量以及回路出入口水温度随时间的变化,利用简化分析和最优化估计方法,确定了某工地地下岩土的导热系数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。     

基于线热源模型的地下岩土热物性测试方法

提出了一种用于竖直埋管与周围岩土的传热分析模型。该方法回避了其它模型对钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的物性等参数的要求,从而可以消除上述参数测量带来的误差。在现场钻孔,埋设U型埋管,通过测量施加的加热功率、埋管中循环水流量、埋管出入口水温随时间变化,利用该模型并结合最优化估计方法,确定了某地源热泵空调系统工地地下岩土的热物性参数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。     

现场测试地下岩土平均热物性参数方法

平均热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响,进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的平均热物性参数,利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化,使用自行开发的软件,采用参数估计方法,计算并确定了地下岩土的平均热物性参数。     

基于圆柱热源模型的现场测量地下岩土热物性方法

在埋地换热器圆柱热源模型的基础上采用参数估计法建立了一套可用于现场确定土壤热物性的方法。结合地源热泵系统单井热响应测试实验,计算了地下岩土热物性参数,模拟了管内流体平均温度随时间变化规律,与实验值比较,发现该方法较线热源法更加接近实际。     

岩土地质结构热物性对地下蓄能影响分析

为了提升地下蓄热能力,探讨不同岩土地质结构材料对地下蓄能效果的影响。采用地下换热器群的多热源传热数值计算方法,分析了地下岩土地质结构热物性参数对地下蓄能岩土温变性和温度分布状态变化的影响,明确有关因素的影响程度和敏感度。结果表明地下岩土蓄能体的导热系数和体积比热对地下蓄能效果具有显著的敏感性,分别决定了蓄入周期内能量的扩散能力和存储能力。研究结果还表明,热物性对蓄能的能量品位具有显著的影响作用;而且,由于其明显的影响程度,导致热物性参数偏差将对地下换热器系统设计产生直接的影响。     

共轭梯度法求解竖直环隙间多孔介质的传热反问题

提出一种反演多孔介质热物性参数的一般数值模式。采用有限体积法对竖直环隙间多孔介质模型进行离散化,通过SIMPLE算法获得竖直环隙间多孔介质传热系统的温度场和流体的速度场。通过构建误差信息最小化函数,建立反演模型。利用共轭梯度法对单宗量和多宗量的多孔介质热物性参数进行了反演,并讨论了待反演参数的初始猜测值、温度测点数、温度测量误差等对反演结果的影响。     

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...     

分层热物性测试在热泵工程的应用分析

以工程场地测试孔内岩土体垂直分布的热物性参数为研究对象。在传统热物性测试仪器中加入分布式光纤测温系统,进行岩土体初温测试和热物性测试,测定不同深度岩土体初温和加热试验中不同深度循环流体平均温度,并与传统测试结果进行对比分析。结果显示,分层热物性测试结果较为准确,可分析岩土体垂直方向温度分布,进而得出地埋管换热器在垂直方向上导热系数和传热系数。     

等截面直肋温度分布与传热分析

在固体表面与流体的对流换热的设备中,例如各种换热设备中,常在换热表面上增添一些肋,以增大换热表面,达到减少换热热阻的目的。对各种肋片的温度场和传热性能的分析常归结为扩展表面问题,其中等截面直肋是最简单的例子。如肋片的宽度足够大,其内部温度分布是二维的。但肋片足够薄,导热系数足够大,肋片厚度方向的温差也可忽略不记,这样即简化为一维问题。那什么时候能简化,其一维与二维模型有什么差别,又与哪些因素有关呢?将分别按一维与二维模型计算肋片传热量与温度分布,并得出其进行一维简化所造成的误差。     

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。     

吸附式制冷系统传热传质过程的数值模拟

建立了沸石－水吸附式制冷系统吸附床在非第一类边界条件时的二维传热传质模型。考虑了工质对的吸附特性对脱附过程的影响,讨论了肋片数量、肋片物性参数,吸附床的有效导热系数,接触热阻等参数对脱附时间的影响。结果表明,增加肋片可以改善吸附床的性能,其中肋片的数量和接触热阻的影响较大,肋片的物性参数影响不大。     

回转式空气预热器传热模型动态仿真

根据回转式空气预热器的传热机理进行了理论分析,给出了相应的传热计算模型.并根据空气预热器的动态平衡过程和结构特性,结合金属蓄热板径向温度场的二维分布假设,提出采用解析-数值混合计算方法求解换热模型的数学方程,并将解析-数值方法与传统的矩阵迭代法分别计算某电厂的实际空气预热器从启动到正常运行阶段蓄热板和工质温度分布,结果表明传统的矩阵迭代法计算对特征值的要求很严格,而解析-数值方法对任意特征值均可以收敛,并且计算结果的工程精度也很高,因此对电厂安全经济运行提供了可靠的理论依据.     

附加阳光间型被动式太阳房传热量简化计算方法研究

附加阳光间型被动房传热量受室外空气温度和太阳辐射双波动扰动影响,导致其热负荷具有显著波动特征,传统稳态计算方法难以适用,而动态方法过于复杂,不适用于工程设计使用。基于此,该文采用周期反应系数法研究结构参数和被动房传热量之间的定量关系,并结合结构参数,提出附加阳光间型被动房热负荷简化计算新方法。结果表明阳光间总传热量受公用墙体构造变化影响较大,内门传热量与公用墙体热阻呈正相关,墙体传热量与墙体热阻呈负相关;同类围护结构下,不同参数组合下公用墙导热量与阳光间空气温度变化规律趋势一致,进而提出附加阳光间导热变化系数和温度变化系数,以该参数为基础建立了关键结构参数与传热量之间的多元回归模型,该简化计算方法与实测值对比结果表明吻合度较大,简化计算方法精度较高,可供实际工程设计使用。     

辐射供冷地板表面温度简化计算新方法

基于目前关于地板结构层热工性能的二维数值计算方法和解析计算方法的结果对比分析,采用当量热阻法提出相应的修正计算式,由此形成一种可适应于供冷工况地板结构层热工设计的半解析简化计算新方法。利用该方法,可快捷地评价所设计的地板结构层地板表面温度的分布以及供水温度与速度、埋管间距、地板饰面层材料、地板构造特性等因素对地板结构层传热性能的影响,为地板辐射供冷系统热工性能的优化设计提供新的思路和方法。     

非均匀受热管管壁温度场的数值计算

针对非均匀受热管管壁周向壁温和热负荷等热特性参数分布不均性,将外壁温度与外壁散热热负荷作为边界条件,建立非均匀受热管的温度场计算二维模拟数学模型,基于径向节点推进思想,采用有限容积法建立离散方程,编制求解流体换热和管壁导热耦合决定的非均匀受热管二维温度场导热反问题数值计算程序。利用程序计算了Φ32mm×3mm和Φ24mm×4mm半周加热垂直上升光管对超临界水的传热特性,计算结果都可以很好地反映非均匀加热管管壁温的分布规律,同时计算收敛性良好。计算结果表明:超临界压力下,半周加热垂直上升光管壁温及壁面热负荷周向分布不均,高热负荷侧温度高,而低热负荷侧温度低。在拟临界区,出现传热强化,管内传热系数的增大会减小热量沿管壁周向的均流作用。     

基于圆管层流对流传热模型的温度场推算三元非共沸混合物组分方法的研究

给出了一种利用测定圆管对流传热温度场求解确定成分的非共沸混合物的组分的方法。基于定压力条件下液体低雷诺数圆管层流充分发展段流体力学特性,利用数值方法求解变热参数对流传热模型温度场特性,采用反问题方法对对流传热控制方程的热参数进行非线性模拟和反算,通过反演计算热参数得到物质组分的定量值。对非线性热参数条件的对流传热控制方程和反问题L-M方法进行了误差分析,通过试验比较,测定了对流传热过程温度场的理论计算组分与预设的组分。结果表明,测定温度场推算的非共沸混合物组分与实际测定结果满足预设误差。