基于动态负荷的地埋管管群换热模型对比分析

对比分析了地埋管换热器的无限长线热源、有限长线热源和渗流有限长线热源模型,指出轴向传热和地下水渗流作用对地埋管换热具有不可忽略的影响;基于温度场叠加原理和动态负荷建立了地埋管管群换热模型,借助于典型年动态年负荷模型,分析了管群长期动态换热特性。结果表明,无渗流型管群中心温度升高过快,长期运行应考虑土壤换热能力的衰减;对于渗流型管群换热,应采取合理优化策略避免下游土壤温升过快,并且设计埋管时应采用其进入稳定期的换热能力,避免长期运行时换热能力不足。对3种日负荷动态运行模式下管群的典型点温度变化进行了对比分析,结果表明,运行模式调节可以减缓土壤温度的上升趋势,特别是可减少渗流型管群的下游热量堆积,有利于土壤换热能力的恢复。     

基于动态负荷的地埋管管群换热模型对比分析

对比分析了地埋管换热器的无限长线热源、有限长线热源和渗流有限长线热源模型,指出轴向传热和地下水渗流作用对地埋管换热具有不可忽略的影响;基于温度场叠加原理和动态负荷建立了地埋管管群换热模型,借助于典型年动态年负荷模型,分析了管群长期动态换热特性。结果表明,无渗流型管群中心温度升高过快,长期运行应考虑土壤换热能力的衰减;对于渗流型管群换热,应采取合理优化策略避免下游土壤温升过快,并且设计埋管时应采用其进入稳定期的换热能力,避免长期运行时换热能力不足。对3种日负荷动态运行模式下管群的典型点温度变化进行了对比分析,结果表明,运行模式调节可以减缓土壤温度的上升趋势,特别是可减少渗流型管群的下游热量堆积,有利于土壤换热能力的恢复。     

地下水渗流对地埋管管群传热的影响

建立了有地下水渗流时地源热泵地埋管管群热渗耦合传热模型,通过数值模拟方法研究了地下水渗流对管群内不同位置钻孔换热的影响,渗流方向角和钻孔布置形式对管群换热的影响。研究结果表明,地下水的渗流削弱了管群在垂直于渗流方向上的热影响,增强了沿渗流方向的热影响。地埋管管群无论顺排还是叉排布置,都存在一个最优渗流方向角,此时管群换热效果最好,而且渗流方向角的影响随渗流速度的增大而增强。     

渗流作用下垂直埋管换热器钻孔内外耦合传热计算与分析

为了研究渗流对地埋管换热器性能的影响,综合多孔介质中移动有限长线热源与钻孔内准三维传热模型建立了地埋管换热器钻孔内、外非稳态耦合传热的解析模型,并通过热响应试验数据验证了耦合模型的正确性。探讨了渗流作用下埋管出口水温及其周围土壤温度动态响应的变化规律,利用埋管换热能效系数和单位井深换热量两个指标的变化评估了渗流对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:不同类型的土壤中埋管传热性差别较大, 若忽略渗流速度较大的砂砾层中渗流的影响将导致其中埋管的单位井深换热量设计偏差高达41%;渗流对埋管散热起到促进作用且散热达到稳定所需的时间随渗流速度增大而缩短;推荐采用埋管的进口质量流量流速大于0.4 kg·s^-1,但不宜过大;埋管进口温度对换热能效系数的影响可忽略。并对典型水文条件下各土壤中渗流对串联管群的换热能效系数的影响进行了对比,指出地下管群环路的换热能效系数由土壤物性、渗流速度及串联埋管的钻孔数量共同决定的。     

基于热短路问题的仿生地埋管换热器模拟

抑制相邻地埋管热短路问题是提升其换热性能和保持可持续运行的关键。针对地埋管换热器运行过程中相邻管路热短路问题,借鉴构型理论与仿生学理论,提出新型仿生树状结构地埋管换热器。利用Fluent模拟仿生树状地埋管换热器的换热和综合性能,并与传统蛇形地埋管换热器性能对比,分析仿生树状地埋管换热器对于解决相邻地埋管热干扰问题和提高系统效能的可行性。研究结果表明：新型仿生树状地埋管换热器可有效改善相邻埋管热短路问题,避免局部热量堆积,提高土壤温度的均匀性。同时,在进口流速0.4～1.2 m/s范围内,仿生树状地埋管换热器的综合性能明显优于蛇形管地埋管换热器,高33.4%～38.3%。     

埋地管道在不同含水率的土壤中泄漏数值模拟

针对管道在土壤中发生泄漏问题,借助CFD软件及采用有限容积法建立土壤多孔介质中油气水三相流的流固耦合数学模型,分别模拟了管道在土壤含水率为0、0.1及0.2的三种情况下泄漏前后周围土壤温度场变化及油品在土壤中扩散分布情况。模拟结果表明:泄漏前,管道周围温度场分布相同,均呈椭圆形分布,热影响区温度由内向外逐渐降低。泄漏后,三种情况下,油品在土壤中运移趋势基本相同,但由于土壤含水率不同,管道周围温度场变化情况及相同时间内油品的泄漏量不同。     

锅炉换热设备中螺旋槽管的数值模拟与结构参数优化

运用CFD技术对螺旋槽管进行了三维数值模拟,并将其与光管进行对比,验证了螺旋槽管式换热器的强化传热机理。通过Fluent软件后处理分析了槽深e和螺距P对螺旋槽管阻力性能和换热性能的影响,并利用评价准则对其强化传热性能进行评估,得出P/e=10.00,e/d i=0.0250时槽管的综合性能最佳。