加热功率波动对岩土热物性参数辨识影响研究

用实际测试数据对变热流模型进行验证,并应用变热流模型进行数值模拟,研究加热功率波动方向、波动发生时刻、波动幅度、波动持续时间等因素对采用恒热流模型辨识岩土热物性参数的影响。结果表明:1)在采用恒热流模型辨识岩土导热系数时,短时间的加热功率上下波动对岩土热物性参数辨识结果影响较小;2)持续较长时间的单方向加热热流波动对结果影响较大,且与波动发生的时刻密切相关——发生在初始时刻时,岩土导热系数的偏差值最大,测试后期波动造成的偏差值也较大,波动出现在中间时段对辨识结果影响较小。     

基于神经网络的垂直地埋管换热量预测

在研究地埋管结构和物性对换热的影响时,往往难以整体考虑所有因素,该文采用人工神经网络模型预测地埋管换热器在一系列运行工况下的换热量。通过建立三维地埋管数值模型及实验验证,获取网络需要的训练数据和测试数据。以岩土导热系数、回填土导热系数、进水流量、地下水渗流速度、进水温度和钻孔深度为输入,换热量为输出,建立一个三层基于反向传播算法的神经网络BP模型,探讨不同的训练函数和隐含层节点数对网络精度的影响。通过实验和模拟检验表明,最优网络模型换热量预测值与检验值的相对误差最大为0.11,线性拟合度为0.894,具有较好的精度。     

不同形式地埋管换热器运行性能影响因素研究

为研究单U和双U地埋管换热器运行性能的影响因素,运用能耗模拟软件TRNSYS建立地埋管换热器模型对其运行特性进行仿真模拟后,与实际工程数据对比,验证模型有效性,继而以换热器能效系数为评价指标,分别对钻孔深度、U型管两管间距和回填材料导热系数等影响因素进行分析研究,得到:双U地埋管换热器的单位延米换热量为106.72 W/m,单U地埋管换热器的单位延米换热量为86.39 W/m;适当增加钻井深度、埋管间距和回填材料导热系数对整体换热效果有促进作用,且在双U埋管情况下促进作用更显著的结论.     

北方地区岩土导热系数及换热量的测试研究

岩土导热系数是地源热泵地埋管换热器的重要设计参数;测井单位深度换热量是地埋管换热器系统的设计依据。掌握工程区域岩土的热物性及换热性能,是保证地源热泵系统高效、稳定运行的关键。文章建立了现场测试岩土导热系数及换热量的方法,并结合沈阳浑南高新技术产业开发区某地源热泵工程,测试分析了岩土导热系数和测井单位深度换热量。结果表明,该区域的岩土具有较好的导热能力,适合采用地埋管地源热泵系统;在特殊地理条件下设计地源热泵系统方案前,应对拟建区域的地质条件进行全面勘探,以优选工程区域,为岩土热响应测试结果的可靠性提供保障。     

保温材料热物性测试的实验及数值研究

针对保温材料导热系数低，采用常规的导热系数测试方法难以获得准确结果的问题，根据瞬态法导热系数测试原理，对常功率平面热源法进行了研究。建立传热的二维瞬态数学模型，借助FLUENT有限体积软件对常功率平面热源法中试样的温度分布和热量传递规律进行数值模拟，开发了一套保温材料导热系数测试装置。测试结果与文献数据能较好的吻合，最大误差不超过4％。测试结果可靠，测试精度较高。     

土壤源热泵地下水平埋管换热性能及其周围土壤温度场的影响研究

通过建立地下水平埋管换热器模型,模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度场分布和埋管换热量的影响.分析了埋管管材及埋管埋深、管径、管壁厚度等对埋管换热的影响.模拟结果显示,当土壤导热系数从1.1W/(m·℃)增大到2.5W/(m·℃)时,埋管单位管长换热量增幅达100.8%,且到埋管距离越近的点,其土壤温度随土壤导热系数的变化相对较快.地下二层埋管外表面温度及其周围土壤温度变化比地下一层换热稳定性好,换热量大.适当的加大管径,减小管壁厚,有利于增强埋管换热.     

聚氨酯预制直埋保温管道散热损失研究

针对聚氨酯预制直埋保温管道散热损失开展实验与数值模拟研究。通过实验测试了聚氨酯预制直埋保温管道的散热损失,同时对输送介质温度、聚氨酯导热系数、土壤温度及其导热系数进行了测试,对影响聚氨酯预制直埋保温管散热损失的相关因素进行分析。并根据实验数据开展数值模拟研究,分析了不同条件对聚氨酯预制直埋保温管道散热损失的影响。研究结果表明:聚氨酯预制直埋保温管道散热损失随输送介质温度的升高而增加,保温管道周围土壤温度与保温管道径向距离成反比,聚氨酯保温材料导热系数对保温管道的散热损失影响较大,土壤导热系数在1.082-1.561 W/m·K时,土壤导热系数与保温管道散热损失成正比,但对保温管道散热损失产生影响较小。     

陕西渭南地区岩土热响应测试与分析

地层热物性参数的确定对浅层地热能地源热泵系统的设计至关重要。依托陕西渭南某地源热泵项目,应用恒流法进行了岩土热响应测试,测试共进行了58 h,根据线热源理论对测试数据进行分析计算,求得准确的地层热物性参数,得到工区地层导热系数为2.16 W/(m∙K),比热容为2.39 MJ/(m³∙K),单U地埋管每延米换热量45 W。该研究结果可为项目后期设计与施工提供了相关参考和依据。     

深层埋管式能源桩换热性能影响因素分析

提出一种新型的能源桩换热管型式,即深层埋管式能源桩。利用Comsol Multiphysics建立三维方法模拟桩体-土体传热,一维方法模拟管内水动态传热传质的数值模型,考虑了土体温度随深度的变化,模拟出口水温随时间的变化规律并计算换热量,比较深层埋管式与传统的1-U型、1-W型能源桩的换热量,分析了桩径、桩体导热系数、桩体密度、桩体比热容等不同参数对新型深层埋管式能源桩换热量的影响。模拟结果表明：以运行50 h为例,深层埋管式的总体换热量比1-U型、1-W型分别高122%、54%;而对于单位管长换热量,深层埋管式比1-U型、1-W型分别高9%、50%,桩径从0.5 m增加到1 m,换热量增加14.3%;桩体导热系数从1.2 W/(m∙K) 增大至2.5 W/(m∙K),换热量增加9.6%;桩体密度从1 800 kg/m³增大到2 600 kg/m³,换热量增大0.8%;桩体比热容从637 J/(kg∙K) 增大到1 037 J/(kg∙K),换热量增大1.1%。因此深层埋管式的热性能优于传统1-U型和1-W型,在满足能源桩力学性能的前提下,为了提高深层埋管式能源桩换热性能,可以适当增大桩径。对于桩体材料的选择,应该选择导热系数较高的材料。密度和比热容对换热量的提升影响不大。     

不同地质条件下地埋管热响应测试分析与比较

为获取不同地质条件下地埋管换热器换热特性,选取位于夏热冬冷地区的三个测试地点:浙江莫干山、上海浦江镇、江苏盐城。分别对所在地的地源热泵系统地埋管换热器开展热响应试验,利用线热源模型进行计算分析。得到莫干山、浦江、盐城的岩土导热系数分别为2.40 W/(m·℃)、1.92 W/(m·℃)、1.84 W/(m·℃)。岩石地质所具有的高热扩散性对地埋管换热器换热效果有促进作用;不能用"单位延米换热量"这个单一参数分析地埋管换热器换热效果。     

同轴套管深埋管换热器延米换热量变化规律的研究

基于青岛某埋深2 605 m的同轴套管深埋管换热系统,建立了耦合管内外换热的全尺寸模型,应用Fluent软件进行了一个供暖季的埋管取热仿真模拟,研究深埋管换热器延米换热量变化规律。得出以下结论:埋管位置越深延米换热量越大;同一埋管在不同取热量下,与整根埋管平均延米换热量数值相同的延米换热量的对应位置大致处于同一深度,且该处以上埋深和以下埋深的延米换热量随运行时间的变化规律相反;埋管取热量按一定比值增大,对应埋管各深处的延米换热量也随之按该比例增加。该研究成果可为深埋管技术的研究及应用提供帮助。     

地质参数对中深层地热井长期取热特性影响分析

基于中深层地热井换热原理,数值分析不同地质参数下中深层地热井在长期运行过程中单井取热量、能效系数、热泵机组COP以及岩土温度的变化情况.研究结果表明:岩土导热系数对长期运行期间的单井取热量、能效系数的下降比例影响较大,且岩土导热系数越小其下降比例越大.岩土导热系数为2.0 W/(m·K)时,第30年的单井取热量、能效系...     

不同加热功率下充液率对无芯环路热管性能的影响

设计了以铝为管材、丙酮为传热工质的无芯环路热管。其蒸发段采用加热带加热,冷凝段用风冷降温。热管依靠蒸发压头使工质循环,并依靠重力作用,使冷凝液回流到蒸发段。搭建试验台并研究了不同加热功率下充液率对无芯环路热管的传热温差、传热量、热效率、热阻和当量导热系数的影响。结果表明:加热功率为150.00 W、充液率为30%时,无芯环路热管的均温性最好;传热温差和热阻均最小,分别为6.75℃、0.045 K/W。传热量132.00 W、热效率0.88、当量导热系数168 125 W/(m·K),均达到最大值。所以,该无芯环路热管在本实验研究范围内的最佳工作条件为加热功率150.00 W、充液率30%。     

岩土热响应测试系统的研究与开发

现场热响应测试是实施地源热泵工程的关键环节。本文自主研发了岩土热响应测试系统,既能进行放热试验又能进行吸热试验。用VB语言开发了基于EXCEL的热响应分析软件。该系统及软件在绵阳烟厂得到成功应用,获得了现场土壤原始温度、导热系数以及体积比热、单U管和双u管每延米孔深的吸放热量参考值。测试数据为工程设计提供了依据。     

浅层地热能热响应测试仪检测台检测机理及试验研究

岩土导热系数是地埋管换热器设计的重要依据,获取导热系数的有效措施是现场热响应测试法。为检测国内大多数热响应测试仪器的性能,基于线热源理论设计了一套浅层地热能热响应测试仪性能检测平台。介绍了检测台的结构和功能,建立了检测台的控制系统。利用所开发的检测台对1台热响应测试仪进行测试,分别模拟不同参数的"标准孔"。该检测台的出水温度可按控制要求稳定输出,可以模拟可控的"标准孔",被检测的热响应测试仪流量和温度误差均符合要求,精度较高。通过热响应试验得到的导热系数误差的平均值为3.63%。     

防护工程口部内嵌埋管的传热研究

基于COMSOL有限元软件,构建防护工程口部隧道内埋管三维传热数值模型,结合南京市气候特点,对埋管及周围介质的动态传热过程进行分析。基于参数分析法研究埋管导热系数、管径、围岩导热系数和管内流体流速对内埋管传热性能的影响。结果表明,埋管换热量在运行初期迅速减小,随后趋于平缓,并在80天后达到稳态。埋管换热量随管径、岩土导热系数和管内流体流速的增加而增加,而埋管导热系数几乎不影响埋管的热性能。另外,埋管热性能提升率随埋管流速的增加而逐渐减小,水泵功耗随埋管流速的增加而逐渐增加,表明能源隧道内埋管存在经济流速,在这一流速下,埋管的热性能和经济性能达到平衡。     

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。     

中深层地热单井循环系统传热强化方法研究

针对中深层地热单井循环系统井内热贯通导致的换热功率低的问题,提出一种内管末端变径的井下传热强化方法,并建立数值模型,利用FLUENT进行为期30 d的模拟计算。结果表明,采用内管末端变径的方式能有效增强地下水“互动”,充分利用含水层的高温来提高单井换热功率。将井下换热分为导热区和采灌区两部分,随着封堵比例的增加,抽水中的含水层补给占比增加,且采灌区换热功率在系统换热功率中的占比逐渐增加。当封堵比例增大到100%时,采灌区换热功率达到导热区的1.76倍,井口出水温度可基本稳定在58℃,系统换热功率稳定在约995.46 kW,相较于内管等径系统,换热功率可提高84.71%。同时,单井循环系统仅导热区的延米换热量就可达到154.23～216.89 W/m,超过了闭式同轴套管换热系统稳定运行的最高延米换热功率,而系统换热功率可达到闭式系统的3.57～6.60倍,在单井换热系统中具有显著优势。     

U型深埋管固井层对埋管换热性能影响的研究

结合西安市某个U型深埋管工程,建立三维全尺寸数值计算模型并进行模型验证。在此基础上,模拟分析不同导热系数的埋管固井层对埋管换热能力的影响。结果表明,固井层导热系数在小于及接近岩土层导热系数的范围内增加时,埋管换热强度随之增加明显;固井层导热系数对埋管换热的影响程度与周围竖向各层岩土导热系数的大小相关,而与地层竖向的温度分布无明显关系。     

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。