地埋管换热器周围泥岩温度场变化规律研究

为研究双U型地埋管换热器对泥岩温度场的影响,以南宁某地源热泵工程为依托,通过现场原位观测,获得与换热器不同距离处泥岩层随着地源热泵机组运行两年内的温度变化情况。数据显示,泥岩层每年的温度在机组运行期间下降,停运期间回升;长期来看,泥岩层的温度值逐年降低,距离地埋管换热器越远的泥岩层温度恢复能力越强且温度降幅越小。运用ABAQUS进行数值模拟并与实测值对比分析,结果与实测数据显示的温度变化规律一致,模拟机组长期运行后泥岩温度场的变化情况,发现存在半径为7 m的温度陡变区,且机组运行5 a后土体温度趋于稳定。     

基于TRNSYS的双U型垂直埋管换热器的模拟分析

以长沙市某一实际工程的双U型垂直埋管换热器为研究对象,利用TRNSYS建立了地埋管的仿真模型,通过仿真模型及正交试验设计方法研究夏季影响埋管周围土壤平均温度的因素,并分析了这些因素的影响程度.结果表明:钻井深度、钻井间距、钻井数量及回填材料导热系数对土壤平均温度有不同程度的影响,其中钻井间距的影响尤为明显.最佳钻井间距应为4~5m,回填材料最佳导热系数为1.7~2.1 W/(m·K),钻井最佳深度为60~100m.     

基于有限元法的垂直地埋管换热器传热研究

根据能量守恒原理,对地埋管换热器建立二维传热模型.运用Ansys热分析软件,采用热传导的有限元瞬态分析方法,对地源热泵垂直埋管与回填材料及岩土间的传热进行数值模拟与分析.根据合肥地区某住宅的地源热泵工程的相关设计资料,分析了垂直埋管在岩土中传热的温度场及温度梯度场的影响大小及范围,对地埋管在1个周期运行后对岩土体的温度恢复情况的影响进行了数值分析,结果表明:对于地处夏热冬冷的合肥地区,较适宜应用地源热泵系统,岩土温度的自平衡性较好.     

地埋管管群换热器温度场影响因素的模拟研究

目的研究不同影响因素下地埋管管群换热后土壤温度场的变化,为实际工程地埋管设计提供理论依据.方法通过Gambit建立地埋管管群模型,在Fluent中设置不同的参数,模拟地源热泵运行一年土壤温度变化情况.结果回填材料的导热系数分别为1.6 W/(m·K)、2.0 W/(m·K)、2.4 W/(m·K)时,一年后土壤温度的加权平值分别为15.114℃、15.137℃、15.134℃;顺排和叉排排列方式下,一年后土壤温度加权平均值分别为15.13℃和15.12℃;渗流速度分别为1.0×10-6m/s、2.0×10-6m/s、3.0×10-6m/s时,一年后土壤温度的加权平均值分别为15.900℃、15.988℃、15.993℃;孔隙率分别为0.232、0.332、0.432时,一年后土壤温度的加权平均值分别为15.017℃、15.027℃、15.08℃.结论回填材料的导热系数不宜大于土壤的导热系数,叉排方式下的换热效果优于顺排,地下水渗流速度越大,越利于土壤温度的恢复,孔隙率较大时,土壤温度变化波动较小.     

地源热泵地埋管换热器换热量的测试

分析了在设计阶段和实际运行阶段地源热泵地埋管换热器换热量的测试原理、换热量计算方法,测试注意事项、系统误差控制方法,并且对实际工程运行阶段地源热泵地埋管换热器换热量进行测量、数据分析。最后,通过试验表明,地埋管挟热器换热量的测试方法是正确可行的。     

地源热泵埋管换热器传热模型的研究进展

分析了国内外地源热泵埋管换热器的传热模型,指出了目前尚存在的问题,提出建立考虑地下水运动影响的更完善的传热模型,这对地源热泵技术在我国南方富水土壤地区的有效推广和应用有着极为重要的意义.     

套管式地埋管换热器的换热影响因素研究

为解决传统U型地埋管换热器在严寒地区换热效率低的问题.以套管式换热器为研究对象,以实验结果验证模型可靠性,采用数值模拟的方法对入口流速、回填导热系数、流体流动方式以及埋管材质对其换热性能的影响进行研究.研究结果表明,入口流速为0.5 m/s时,单位延米换热量可达42.2 W/m;回填导热系数由1 W/m·K增加到2.5...     

不同型式地埋管换热器换热性能的试验研究

在同一地埋管热交换孔中,用De32的双U和单U型埋管换热器,及De25双U和单U分别进行了现场热响应对比试验,研究其换热性能的差异;并且在同一场地中用De25与De32的双U,以及De25与De32单U型埋管进行了换热性的对比试验。研究了在地层条件、回填材料、PE管内循环液流速等均相同的情况下,双U与单U型,以及De32与De25埋管换热器的换热性能。结果表明,单U型埋管换热器单位长度换热量比双U型低20%左右,De 32管比De 25低25%左右。     

套管式地埋管换热器设计计算方法

 以线热源理论为基础建立套管式地埋管换热器换热的简化模型,给出基于热响应试验的套管式换热器设计计算方法。以湖南省韶山市一实际工程为实例对钻孔现场进行测试,采用该方法可计算出其综合导热系数和钻孔内总热阻。同时对该工程的另一钻孔进行双U测试及计算,以此作对比分析。考察两组测试在综合导热系数、钻孔内总热阻、换热温差和换热量上的内在联系。计算结果和测试结果表明,该计算方法在套管式换热器设计上具有适用性,避开了钻孔内层层热阻的复杂计算,简化了计算过程,可为实际工程提供计算参考。     

土壤源地源热泵地埋管换热器管群换热分析

基于线热源理论和叠加原理建立了土壤源热泵地埋管换热器管群地下传热基本数学模型,并运用拉普拉斯变换和数值反演技术进行了求解.研究了埋管进口流体温度相同时,地埋管换热器管群连续运行换热能力和出口流体温度变化规律.研究表明,换热初期管群各埋管换热能力和单埋管时相同;随着换热的进行,由于热干扰影响,各埋管的换热能力低于单个钻孔情形,出口流体温度比单个钻孔的出口温度高;埋管间距越大,管群埋管之间的热干扰越小.     

重庆地区垂直双U地埋管换热器保温性能研究

以层换热理论为基础,重庆某示范楼工程土壤源热泵系统为对象,建立实验系统,测试了实际运行状况下的地埋管换热器供回水管不同深度的水温.从地埋管不同时刻的平均水温和换热能效两个方面分析了实测数据,研究了回水管保温与不保温时垂直双U地埋管换热器的换热情况.结果表明,在冬季,保温地埋管典型日不同时刻的换热能效比不保温的高出14.09%,月平均换热能效比不保温的高出23.08%,季平均换热能效比不保温的高出40.54%.在夏季,保温地埋管典型日不同时刻换热能效比不保温的高出10.76%,月平均换热能效比不保温的高出28.57%;季平均换热能效比不保温的高出41.48%,回水管保温有利于加大地埋管换热器的换热能力.     

地下水对地埋管换热器换热的影响分析

针对传统传热模型无法反映地下水对地埋管换热器换热的影响,结合黄土高原地区的地质条件,通过Fluent流体仿真软件建立地埋管换热器的三维非稳态分层渗流传热模型,并利用实验数据验证该模型的准确性.在不同的地下水流速和岩土体孔隙率的条件下,通过数值模拟的方法,研究以含水层厚度为特征长度的贝克莱数与地埋管换热器换热之间的关系.结果表明:单位井深换热量增加率与贝克莱数成对数关系;当贝克莱数较大时,地下水对地埋管换热器换热有促进作用;当贝克莱数较小时,地下水对地埋管换热的强化作用不明显,甚至起到抑制作用.同时,对含水层处的导热系数进行修正,得到新的分层渗流传热模型.     

地源热泵型地下连续墙内埋管换热器优化设计

根据地下连续墙内埋管换热器传热模型及埋管内流体温度场提出了地下连续墙内埋管换热器换热能力和出水温度的计算方法,并基于正交分析给出了上部建筑负荷最大时地下换热器的换热量及出水温度最高值的回归公式.在此基础上,根据出水温度最高值、单组埋管长度以及地下连续墙单幅宽度等限制条件提出了地下连续墙内埋管换热器的优化设计方法,并以上海自然博物馆地下连续墙内埋管为例进行了计算.分析表明,该优化设计方法计算简便,容易为工程设计人员所接受.     

定形相变材料回填下的地埋管换热器实验

为研究定形相变材料(SSPCM)作为地埋管回填材料的传热特性,以30 W圆柱形发热棒作为线热源模拟地埋管换热器,用膨胀石墨吸附石蜡制成SSPCM,并将其和普通回填沙以3:7的质量比混合制备成混合回填材料,分析在夏季间歇运行工况下,SSPCM混合回填下的传热特性。结果表明,在短期实验运行模式下,相对普通沙回填,SSPCM混合回填材料形成的温度场优势明显,温度波动较小,管壁附近过余温度差异可达到10℃;距离发热中心距离越近,减缓温度场变化的效果越明显;在2种回填条件下,恢复后稳定温度以及恢复所需时间无显著差异;在多周期间歇运行工况时,回填区域内温度明显低于连续运行状况;若运行时间导致的温升超过相变材料潜热利用阶段,SSPCM无法发挥出相变储能的优势。该实验现象对SSPCM实际应用有一定参考价值。     

双U型地埋管换热器换热性能模拟分析

针对垂直双U型地埋管换热器,在MATLAB平台上建立热渗耦合作用下地埋管换热器的三维数值传热模型,并通过岩土热响应试验验证该模型的正确性.基于建立的三维数值传热模型,分析U型管内水流速度、回填材料热物性参数、地下水渗流速度及地下水水位对地埋管换热器换热性能的影响.研究结果表明:当U型管内水流速度从0.1 m/s增大到0...     

一种模拟竖直地埋管换热器的热响应因子

为了快速并准确地计算钻孔群地下土壤和钻孔内流体的温度,在现有的模拟竖直埋管长期换热的模型基础上,提出了一种新的计算竖直地埋管钻孔域温度响应的响应因子——单位矩形脉冲热负荷作用下热响应函数(δ-函数).通过将δ-函数与快速傅里叶变换相结合来提高δ-函数的模拟速度,将该响应因子及算法与g-函数进行了精度和计算速度的对比.结果表明:该响应因子及算法不仅与g-函数有相同的计算精度,而且计算速度有显著的提高,当模拟5×8的钻孔群30a的温度响应时计算时间不到90s.     

土壤比热容对地埋管换热器周围土壤温度影响的模拟

目的研究不同的土壤比热容对土壤源热泵地埋管换热器周围土壤温度的变化规律.方法通过运用Fluent软件进行数值模拟,在软件中设置不同的土壤比热容参数,模拟土壤温度场变化.结果土壤比热容为1 000 J/(kg·℃)时,土壤温度为15.5℃,热作用半径大约为2.13 m;当土壤比热容增加到1 600 J/(kg·℃)时,土壤温度为15.5℃,热作用半径减小,大约为2.08 m;随着土壤比热容的增加,当土壤比热容达到2 200 J/(kg·℃)时,土壤温度为15.5℃,热作用半径减小到2.0 m左右.结论埋管换热器周围土壤温度受土壤比热容的影响很显著,土壤的比热容越大,埋管周围土壤的温度下降的越小,热作用半径就越小.     

换热介质的流速对地埋管换热器换热性能的影响

文章通过实验探索换热介质的流速对地埋管换热器的换热性能的影响,分别讨论了流速为0.06 m/s、0.07 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s、0.6 m/s0、.8 m/s的情况,实验表明：当流速从0.07 m/s增加到0.2 m/s时,进出口温差降低了20.3%;单位井深换热量增加了30.4%。而从0.2 m/s...     

用于大型地埋管换热器传热分析的绝热圆柱域模型

地源热泵空调系统地埋管换热器由大量均匀分布钻孔换热器组成,其长期运行模拟的分析计算任务量大,为此,基于其地下土壤温度场分布特性和传热特性,提出绝热圆柱域模型,采用分离变量和叠加原理的方法得到土壤温度场和钻孔壁温解析解;采用已被广泛接受的有限长线热源模型和工程实测数据验证绝热圆柱域模型,比较不同负荷条件和钻孔数量时,2种...     

非连续运行工况下垂直地埋管换热器的换热特性

为了探讨非连续运行条件下地埋管的换热特性,基于相似理论搭建了地下换热模型试验台,进行了不同间歇运行工况的试验测试;建立了垂直U型埋管换热器二维非稳态传热模型,分析了单工况间歇运行、双工况交替运行及地下岩土类型对非连续运行条件下土壤温度分布特性的影响.结果表明:合理的间歇运行模式有利于埋管周围土壤温度快速恢复,从而可有效提高浅层地热能利用率;对于单工况间歇模式,等负荷强度变运停时间比时土壤温度恢复效果随间歇时间增加而增加;当放热量一定时,土壤温度波动较大,但并不一定能显著改善机组运行效果.对于双工况交替模式,均可显著降低土壤温升率,且间歇双工况交替比连续交替可增加全年土壤取放热不平衡率.此外,土壤导热系数与热扩散率越好,其温度恢复越快.实验表明:所建模型预测温度的计算值与实验值最大绝对误差为0.45℃,相对误差小于5%.