土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型综述

介绍了土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外的传统的无限长线热源模型,无限长圆柱模型,有限长线热源模型以及改进后的热湿传递的线热源模型,变热流的线热源模型,土壤分层的线热源模型。分析了各种模型之间的联系、区别以及优缺点。提出了完善土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型需进一步研究的内容。     

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。     

竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析

准三维模型为竖直埋管地热换热器的结构优化提供了较为精确的理论基础。利用准三维模型对竖直埋管地热换热器进行分析与研究得出，不同的行程布置对双U型埋管地热换热器的传热性能有较大影响。就钻孔内热阻的对比，双U型埋管比单U型埋管钻孔内的热阻低，因而双U型埋管地热换热器较单U型埋管地热换热器更为合理。     

多钻孔竖直U型埋管换热器传热研究

以地源热泵地下U型埋管四钻孔换热器为研究对象,利用有限元计算方法,编制程序,模拟分析了系统运行时间及钻孔顺序排列和交叉排列时钻孔间距和布置形式对土壤温度场的影响。结果表明:随着运行时间的增长,热干扰现象越强烈,热干扰主要发生在钻孔之间,在两钻孔中间影响最大;从土壤能源利用均衡性角度来讲钻孔交叉排列的形式优于顺序排列的形式。     

基于神经网络的地下埋管换热器优化模型

基于经典的Kelvin线热源模型和Kavanaugh圆柱源理论模型,运用负荷叠加、负荷阶跃、负荷累积的思想,结合人工神经网络建立了土壤源热泵系统地下埋管换热器仿真优化模型。与实验和理论已验证过的圆柱源理论模型的比较分析表明,地下埋管神经网络优化模型相对于传统的地下埋管解析解模型具有良好的计算精度和泛化能力,该模型应用于土壤源热泵系统的长期运行可以大大缩短计算时间,为土壤源热泵系统的优化及设计提供更有效率的模拟计算方法。     

地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型

对地热换热器竖直埋管的非稳态传热模型进行了分析讨论。采用虚拟热源和格林函数法给出了半无限大介质中有限长线热源产生的非稳态温度场的解析解表达式。与稳态温度场的解进行比较,讨论了温度场达到名义上的“稳态”所需的时间,同时对于达到稳态时的温度场也进行了分析,指出了现行教科书中关于该问题的错误,提出了稳态时两个地热换热器孔壁代表性温度的定义,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式。基于以上分析,进一步讨论了全年冷热负荷不平衡对地热换热器长期性能的影响。     

地源热泵的套管式地下换热器传热研究

地源热泵是一种节能、对环境无害的绿色空调设备,可成为下个世纪冷暖技术的核心,采用能量平衡,建立了地下浅埋套管式换热器传热平衡式,进行求解,并分析了影响传热的各关联因子,提出了需研究的强化地下换热的措施,根据求解结果,给出了相应的函数关系图。对实验设计和工程实践有一定的指导作用。     

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。     

渗流对地下埋管换热器传热管间距的影响

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场,分析了地下水渗流对其传热过程的影响。结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。     

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。     

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。     

双圆柱坐标下垂直埋管土壤热湿耦合迁移理论模型与数值模拟

以土壤热湿迁移理论为基础,建立双圆柱坐标系下U型垂直埋地换热器周围土壤内三维非稳态热湿耦合迁移模型,并考虑土壤内热湿迁移的相互影响,编制相应的计算软件.进行不同土壤物性、不同运行工况、不同初始含湿量对U型垂直埋地换热器周围土壤内热湿迁移影响的研究.将模拟值与实验结果进行比较,表明该模型可用于实际应用的模拟分析.     

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。     

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。     

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。     

地质结构分层中地埋管换热特性研究

依托徐州某工程场地,分析分层地质结构体中地埋管的换热特征,提出应考虑地层结构指导地埋管埋深,并研究进水温度、循环水流速、运行方式与分层换热量的变化规律。结果表明,地层分层研究在分析钻井埋管深度设计方面具有优势,换热性能好的地层受循环介质温度、流速的影响变化最为显著;间歇性运行能有效提高地层换热量,换热性能好的地层增益效果佳。     

基于圆柱源理论模型的U型埋管换热器的模拟研究

分析了圆柱热源(热汇)理论模型,运用圆柱源理论对太阳能-土壤源联合运行热泵系统进行连续20d运行的状况进行模拟,得出联合运行模式较单独土壤源运行模式节能8%~10%,可为圆柱源理论模型应用和太阳能-土壤源热泵运行模式的选择提供参考。引入“负荷集合”思想对圆柱热源(热汇)理论模型进行改进,使其适合于对土壤源热泵的全年运行进行模拟,模拟过程更为快捷。     

板式相变贮能换热器传热模型和热性能分析

建立了板式相变贮能换热器的无量纲传热模型。它对流体入口流量、入口温度随时间变化情况和需考虑入口效应及添加肋片的情况均适用。模型解和文献准稳态解吻合。作为算例,藉此模型从各时刻的流体温度、相变界面随空间的分布情况和相变蓄热比、相变传热效率、传热系数、完全相变截面位置随时间的变化情况六个角度分析了一板式相变贮能换热器的相变传热性能。该模型可为板式相变贮能换热器的结构优化设计和热性能分析提供帮助。     

太阳能-土壤源热泵耦合系统及其地埋管系统

建立了太阳能-土壤源热泵耦合型热水系统实验平台,研究了在秋冬季不同运行条件下该系统的运行特性,分析了地下埋管系统中钻孔回填材料、U型管工作模式、套管内循环液流动模式、套管外管与内管的导热系数比等对系统制热效果的影响。研究表明,太阳能土壤源热泵系统在国内亚热带地区可以获得良好的应用,并给出了埋地换热器的合理形式。