竖直U型地埋管群传热特性模拟

为了探究不同因素对竖直U型地埋管管群传热特性的影响,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,建立三维非稳态传热物理数学模型。在试验验证和单井的研究基础上,以1a为研究周期,分析了地埋管管群排列方式、热泵蓄取功率比以及土壤类型对竖直U型地埋管管群周围土壤温度场分布的影响。研究表明:钻井间距一定时,地埋管排列方式对地埋管管群周围土壤温度场分布的影响很小;在热泵运行时间一定时,土壤热扩散系数越大,钻井间土壤温度重叠区域越大;土壤导热系数越大,土壤温度波动幅度越小;蓄取功率比越小,土壤热失衡越严重;对于冬季热负荷较大的地区,可以适当地提高热泵蓄取功率比。所建模型得出的土壤温度值与试验值吻合度较好,其最大误差为14.2%。     

饱和岩土均匀渗流群埋管传热演化过程及特性

利用格林函数法建立了半无限空间饱和介质均匀渗流线热源模型解析解,编写了计算程序,分析了饱和岩土均匀渗流群埋管传热特性.结果表明:渗流改变了岩土体内热量输运模式,热量沿渗流方向输运效应显著.在场地条件允许情况下,钻孔宜沿垂直于渗流方向布置,以减少热量累积影响.钻孔梅花形布置时岩土介质最大温升略低于钻孔顺排布置,结合现场施工因素综合考虑,宜顺排布置.     

单U形地埋管换热特性及热作用半径数值分析

针对影响U形地埋管换热能力及热作用半径的典型因素,采用模拟分析,得到了不同入口水温、管内流量、回填料导热系数、岩土体导热系数、体积热容条件下,埋管单位井深换热量和平均热作用半径随之变化的规律。结果表明:地埋管的换热量与入口温度、岩土体导热系数及单位体积热容呈线性变化,与入口流量和回填料导热系数呈指数形式变化,通过拟合分析出单位井深地埋管日平均换热量与五个因素的回归方程;在热物性参数中热扩散系数对地埋管的平均热作用半径影响最显著。     

地埋管地源热泵岩土热响应试验准确性影响因素分析

建立了岩土热响应试验动态仿真模型,通过试验验证了模型的准确性。基于线热源模型数据处理方法,量化分析了不同影响因素对模拟结果准确性的影响规律。结果表明:为保证测试结果的准确性,试验持续时间不应短于72 h;测试前期数据删除不应少于12 h的数据;管内应维持旺盛湍流;应尽量提高加热功率的稳定性,否则应采用其他的数据处理方法。     

地源热泵地埋管换热器热响应试验方法及影响因素研究

岩土的综合导热系数是地埋管换热器准确设计的重要参数之一,获得岩土综合导热系数较为广泛的方法是现场岩土热响应测试。阐述了热响应试验的理论基础,介绍了热响应试验的两种方法,并对影响热响应试验结果的因素进行了分析。结果表明,测试时间、岩土初始温度及流体进口温度都会影响热响应测试结果的精度,因此,在进行热响应实验时,首先要保证足够长的测试时间,同时,要测试出准确的岩土初始温度。在测试过程中,要控制热响应测试系统地埋管进口处的温度和进出口温差,使其在热泵机组名义工况范围内。     

不同运行模式下中深层地埋管换热器取热特性

建立中深层套管式地埋管换热器数值传热模型,基于有限差分法将控制方程离散求解。对不同运停比下地埋管换热器连续运行15个供暖期的出水温度、热损失率进行模拟分析。随着运行时间的延长,4种运停比(8:16、12:12、16:8、24:0)供暖期结束时地埋管换热器的出水温度均逐年降低,前期温降速率比较大,后期比较平稳。相同供暖期,供暖期结束时地埋管换热器的出水温度由高到低对应的运停比顺序为：8:16、12:12、16:8、24:0,以第1个供暖期结束时地埋管换热器的出水温度为基准,第15个供暖期结束时地埋管换热器的出水温度分别下降2.18%、3.61%、5.23%、9.23%。由模拟结果可知,第15个供暖期末,运停比8:16、12:12、16:8、24:0对应的地埋管底部的循环水温度分别为39.70、33.97、36.71、28.93℃。降低运停比有利于岩土热恢复,提高热泵机组的制热性能。运停比8:16、12:12、16:8、24:0对应的地埋管换热器热损失率分别为48.86%、50.07%、51.09%、52.40%。降低运停比有利于减小热损失率。     

地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施

本文介绍了地埋管地源热泵系统的基本原理与特点,总结了地埋管系统出现热失衡的几种常见情况,分析了出现热失衡的原因。并针对常见的热失衡现象,提出了具体的解决措施。     

阵列式U形地埋管群换热能效特性研究

针对地埋管群敷设过程中需要解决的优化布局问题,引入了管群综合换热能效系数和热堆积系数,利用瞬态三维数值模型对地埋管群传热过程进行了动态模拟,研究了地埋管阵列间距、分块规模和阵列形式对管群综合换热能效系数和热堆积系数的影响。结果显示,加大管间距可增加高效持续换热时间,采用较小的分块规模能有效实现岩土体热平衡,长方形、L形埋管阵列相对于正方形阵列有利于增强换热效果。     

竖直U形地埋管换热器传热特性实验研究

竖直U形地埋管换热器进水温度一定的条件下,进出水温差不仅反映地埋管换热器的换热能力,还影响着地源热泵的运行效率,引入地埋管换热器能效系数反映此影响特性。实验研究了地埋管换热器进水温度、流量、地埋管埋深对地埋管换热器传热特性的影响。提高地埋管换热器的进水温度、降低流量、增大地埋管埋深可以有效增大能效系数。受地质条件与经济性等制约．地埋管换热器进水温度、埋深不能无限制增大,流量不能无限制减小,应根据实际情况进行优化分析：     

地源热泵地埋管换热量与岩土热物性的测试

介绍两种地源热泵用岩土热物性测试仪(电加热式热物性测试仪、风冷热泵式热物性测试仪)的原理,分析了测试仪在实际工程中的应用及测试结果,指出流量、地埋管进水温度等因素对单位孔深换热量有明显影响.     

冻土层中水平埋管换热器换热特性的数值分析

寒冷地区冻土层对地源热泵水平埋管换热器(GHE)的换热特性产生重要影响。根据冻土层换热特点建立了一种简化传热模型,对水平埋管周围土壤瞬态温度分布进行了模拟计算,分析了冻土层冻结和土壤含水率对GHE热损失的影响。计算结果表明,土壤冻结情况GHE的传热损失相对于非冻土情况下增大。进液管热损失随着土壤中含水量的增加先减小后增加,回液管热损失逐渐减小,GHE总热损失减小。计算结果与国家标准"地源热泵系统技术规"(GB 503662-2005)中对水平埋管的埋深规定相吻合。     

渗流条件下地埋管换热器传热特性研究

基于有渗流工况下地埋管管群的有限长线热源模型,通过Matlab软件模拟计算了深度为50 m平面处的地下温度场,根据地下温度场的温度分布,分析了布管方式,运行年限,孔隙率对地埋管管群传热效果的影响。研究表明:在物性参数,地埋管布管区域及地埋管总数不变的情况下,将地埋管等间距布置在布管区域内最有利于地源热泵系统的运行。地埋管布管区域冷热量累积效应在初始阶段较为明显,随着运行年限的增加,冷热量累积将在某一时刻达到动态平衡,此后将不随时间的增加而继续累积。对于冬夏季冷热负荷不平衡地区,孔隙率越大的区域越有利于地源热泵系统的运行。     

土壤热物性与地埋管换热器换热性能研究

本文采用恒热流法对某地源热泵系统工程进行土壤热响应测试,数据处理采用线热源模型,线性关系推导法得到测试结果。现场钻孔埋设单U型、双U型地埋管换热器,钻井深度有80m、100m,比较不同埋管形式下测试出的单位井深换热量、土壤导热系数、钻孔热阻及土壤热扩散率之间的关系,并分析结果差异的原因,为实际设计提供可靠依据。     

基于热响应测试的分层土壤地埋管换热器数值模拟研究

结合热响应测试数据,建立了三维分层土壤地埋管换热器非稳态模型,并进行了验证。通过分析比较单层、分层土壤地埋管换热器模型,结果显示分层土壤地埋管模型误差较小;通过分层土壤地埋管模型分析了100 m、80 m、60 m深度埋管的换热性能,结果显示增加埋深时,单位延米换热量随着埋深的增加而减小,验证了热短路现象存在性。     

地埋管换热器周围非饱和土壤热湿迁移数值模拟

本文在极坐标下建立了地埋管换热器周围非饱和土壤的热湿迁移数学模型与纯导热数学模型,采用有限体积法对两种模型进行了数值求解。模拟结果表明,向土壤中排热会使得钻孔壁附近的含湿量降低。当土壤初始含湿量较大时,土壤中湿分迁移对土壤热物性基本上没有影响,纯导热模型与热湿迁移模型模拟土壤与地埋管换热器之间的换热现象时基本一致;当土壤初始含湿量较小时,热作用对钻孔壁附近的湿迁移影响较为显著,土壤热物性会随之发生变化,此时纯导热模型与热湿迁移模型计算差值较大。     

添加隔热板对竖直U型地埋管换热器换热能力的影响

本文就如何减轻竖直U型地埋管换热器2个支管间的热短路损失、提高地源热泵系统的单位井深换热量进行了研究。在对竖直U型地埋管钻孔内准三维传热模型进行研究的基础上,运用数值模拟的方法对竖直U型地埋管换热器有、无隔热板2种情况下的换热能力进行了分析。     

中深层套管式地埋管换热器换热性能模拟研究

建立套管式地埋管换热器数值模型,采用FLUENT对制热工况下套管式地埋管换热器的换热性能进行模拟,研究运停比、岩土热导率、地温梯度等因素对单位钻孔深度换热量的影响.岩土热导率为2.5 W/(m·K),地温梯度为0.03℃/m条件下:不同运停比的单位钻孔深度换热量均随时间推移而下降.相同供暖期,单位钻孔深度换热量由大到小...     

回填料对地埋管换热器性能的影响

采用了地埋管换热器三维非稳态耦合传热的物理数学模型,针对实际的地埋管结构和热响应测试工况进行了相应的数值模拟.将模拟计算结果与TRT热响应测试结果进行了比较,验证了所建模型的正确性.在此基础上,考察了地埋管换热器回填料导热系数及比热等物性参数对地埋管换热器性能的影响关系,为热响应测试以及工程设计提供有益的理论指导.