竖直U型管地热换热器的准三维传热模型

在地热换热器原有研究工作的基础上，进一步考虑流体工质在钻孔深度方向上的温度分布，分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程，导出了竖直埋管地热换热器效能的解析式。由此，可以抛弃以往简化模型当中的不合理假设，为地热换热器的设计和模拟提供了更加精确合理的理论基础和计算方法。     

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。     

基于钻孔内多极模型的岩土热物性参数评估方法

为准确评估地埋管换热器设计中岩土热物性参数,该文基于钻孔内解析传热模型和钻孔外数值传热模型,提出一种岩土热物性参数评估方法。该方法通过钻孔壁面温度耦合钻孔内外换热,求解流体平均温度,在此基础之上采用单纯形法寻优求解岩土导热系数、热扩散系数及钻孔热阻。并结合实际工程的地源热泵系统热响应测试实验,验证该方法的准确性。相比于纯二维数值模型和p(t)-liner纯解析模型,该方法计算所得的流体出口温度更加接近实测值,其均方根误差分别为0.115、0.252和0.193℃。同时,相比于常用的二维模型,当钻孔内热阻采用多级模型计算时,能够提高计算精度,钻孔热阻误差减少3.9%。     

连续与间歇运行工况下地埋管换热器的换热特性研究

为了研究地埋管换热器在变负荷下连续运行与间歇运行的换热性能,基于有限长线热源渗流模型建立竖直地埋管钻孔外准三维非稳态传热模型,应用叠加原理计算钻孔群中钻孔壁温度场及地埋管内流体温度场。在存在地下水水平渗流的情况下,研究了变负荷连续运行模式下不同渗流速度、不同运行工况及不同钻孔位置对地埋管换热器的换热性能的影响。结果表明,在连续运行模式下,边缘位置的钻孔及较大的渗流速度能够增强地埋管换热器的换热性能;在间歇运行模式下,地埋管换热器的运行份额越小,其制冷效果越好,反之,制冷效果越差;在间歇运行工况下,土壤温度能在系统间歇期内得到一定程度的恢复,从而更好地提高地热能的利用率。     

基于多极理论的U型地埋管轴向流动传热模型研究

以钻井肇为界将U型地埋管的传热区域分为钻井内外两部分,分别采用稳态与瞬态传热分析,两区域模型问通过钻井壁温度结合起来,以构成完整的埋管传热模型.钻井内部采用多极理论传热模型求解,对于钻井外部,采用恒热流柱热源模型来求解钻孔瞬时壁温.在考虑地埋管换热器中循环介质流动情况下,基于热阻网络平衡原理并建屯地埋管传热模型,以实测的埋管进口温度与流速作为模型的输入量,用地埋管实测与计算的出口温度值为比较对象,验证多极理论U型地埋管轴向流动传热模型用于分析土壤源热泵系统的有效性.     

渗流作用下的中深层地埋管换热器传热分析

考虑地下水渗流的影响，基于移动线热源模型提出一种中深层地埋管换热器半解析模型。基于Fluent软件建立数值模型，并对已知进口流体温度和已知总热输入功率两种边界条件下的数值模型、半解析模型和忽略渗流的半解析模型进行对比。结果发现，两种边界条件下的半解析模型在前期均具有较大误差，而在中后期均与数值模型吻合得较好，其精度高于忽略渗流的半解析模型，尤其是在地下水渗流速度较大的时候。结果表明所提出的半解析模型可用于分析渗流作用下的中深层地埋管传热。     

螺旋埋管地热换热器的线圈热源模型及其解析解

在建筑物既有的桩基础中埋设PE管作为地源热泵系统的地热换热器,可降低系统的占地面积和初投资,正成为地源热泵研究和应用的新热点.以桩基埋管地源热泵系统的工程应用为背景,对螺旋埋管地热换热器的非稳态传热模型进行了分析讨论,提出了考虑螺旋埋管在深度方向温度分布和节距影响的线圈热源模型.采用格林函数法和虚拟热源法,分别求得无限长和有限长线圈热源模型的非稳态温度场的解析解表达式.以这些解析解为基础分析了模型中各参数对螺旋埋管换热器换热性能的影响.     

竖直埋管换热器热响应半径简化计算方法

基于半无限空间均匀介质线热源传热模型,在大量数值计算分析基础上,提出竖直埋管换热器热响应半径的简化计算方法。计算方法考虑了土壤热物性、系统运行时间和钻孔布置方式等因素。计算结果表明,对于钻孔单排、双排和多排布置情况下,本文方法的计算结果与理论解之间最大相对误差分别为3.51%、2.96%和2.76%,满足工程要求。针对实际地源热泵系统运行时常根据需要采用昼夜和季节间歇运行工况的情况,给出系统运行时间的计算方法。为便于工程应用,分别计算单排、双排和多排(三排以上)钻孔布置方式下不同岩土介质竖直埋管换热器热响应半径随时间的变化曲线,绘制出计算图表,为工程应用提供理论依据和方法。     

地埋管换热器钻孔换热热阻与水力平衡综合分析

针对实际工程中地埋管换热器各并联埋管的水力不平衡情况,采用理论分析与设计软件模拟计算相结合的方式,分析了地埋管水力不平衡对地埋管钻孔内外换热热阻的影响。分析结果表明,当阻力不平衡率在±30%以内时,地埋管换热器钻孔内的传热热阻变化在±5%以内;长期运行的地埋管换热器钻孔内热阻在钻孔总热阻中所占比例很小,因此钻孔内热阻在±5%范围内变化对地埋管换热器总热阻的影响是可以忽略不计的;如果并联埋管环路阻力不平衡率在30%以内,建议采用异程连接,这样可以大大降低管材成本。     

Improving the thermal performance of coaxial borehole heat exchangers

Borehole heat exchangers are the fundamental component of ground coupled heat pumps, which are now widely employed for energy saving in building heating and cooling. The improvement of the thermal efficiency of Coaxial Borehole Heat Exchangers (CBHEs) is pursued in this paper by investigating the effects of thermal short-circuiting and of flow rate, as well as of the constituent materials and of the geometrical configuration of the CBHE cross section. The analysis is performed by means of finite-element simulations, implemented through the software package COMSOL Multiphysics. The real 2-D axisymmetric unsteady heat transfer problem is modelled, for both winter and summer working conditions, by considering CBHEs with a length of 100 m placed either in a high conductivity or in a low conductivity ground. The results point out that the effects of flow rate and of thermal short-circuiting are both important, and that the latter can be reduced considerably by employing a low conductivity material, such as PPR80, for the inner tube. Finally, it is shown that the performance of the CBHE could be improved, with respect to the commonly used geometry, by increasing the diameter of the inner tube while leaving the outer tube unchanged.     

回填土质对埋地热油管道传热影响的研究

针对不同导热系数的土样回填管沟,忽略管道轴向温降建立二维非稳态传热模型,环境温度采用周期性边界条件。利用有限容积法,对方程进行离散,数值模拟了管道投产第一年内正常运行非稳态传热过程,同时应用"焓-多孔度"技术,并考虑原油凝固潜热对温降的影响,数值模拟了管道停输非稳态温降过程。结果表明:采用导热系数相对较小的土质回填管沟,管壁及保温层外壁热流密度明显减小,而且回填区温度较高散热较慢,由计算的安全停输时间可知,回填土质导热系数越小安全停输时间越长,模拟结果符合实际。     

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。     

Thermal Conductivity Measurement of Semitransparent Media at Temperatures from 300 to 800 K by Hot—Wire Method

ＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＳｅｍｉｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔＭｅｄｉａａｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｆｒｏｍ３００ｔｏ８００ＫｂｙＨｏｔ－ＷｉｒｅＭｅｔｈｏｄＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ...     

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。     

An experimental and theoretical study of the nonlinear heat conduction in dry porous media

Heat transfer in porous media is important in various engineering fields, including contaminated soil incineration. Most heat transfer models are theoretical in nature. Consequently, this study was undertaken to perform both theoretical and experimental studies of heat transfer in two different sand matrices. A mathematical model based on Fourier's law of heat conduction for a one‐dimensional system with the variable thermal conductivity was developed. The experimental part included heating sand samples placed in a small reactor within an infrared furnace. The transient temperature profiles of the sand layers were monitored by thermocouples. The bulk thermal conductivity was estimated to be linearly proportional to the temperature. The temperature profiles predicted by the model of heat conduction with a variable bulk thermal conductivity was compared by the observed temperatures in Quartz and Sea sands matrices up to 1300 K. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

The research applications of new heat insulation composite material in automobiles

With the rapid development of its unique advantages, nonwoven fabric has become the leading material of automotive textiles. Nonwoven fabric has become an ideal material for automobiles and replaced traditional textiles and plastic products. This paper takes a car as the research model. A DRL‐2B thermal conductivity tester was used to test thermal conductivity of the material based on the plate method. Material systems and structures of new types of heat insulation composite materials were determined according to test results and the theory of heat transfer. Then, the final new type of heat insulation material was determined by calculating and comparing average heat transfer coefficients and heat transfer between traditional insulation materials and new types of heat insulation materials. The calculated results were verified by experiments in this paper. All the test results show that the new type of composite insulation material is significantly better than traditional insulation materials, and the test results match the calculated results.     

最大热阻最小化的环形高导热通道三维体点导热最优构形的解析解法

基于构形理论,采用解析解法,以最大温差最小为优化目标,对基于环形高导热通道和圆柱形单元体的三维“体-点”导热模型进行构形优化,得到无量纲最大热阻最小的三维圆柱体最优构形.结果表明:增大高、低导热材料导热系数比、高导热材料占比和单元体数目均有助于提高圆柱形构造体的导热性能,但当单元体数目较大时,圆柱形构造体的导热性能改善...     

相变储能堆积床传热特性的研究

基于多孔介质传热理论,建立了储能堆积床的传热模型.在此基础上分析了换热流体流量、温度、单元尺寸、相变材料导热系数和孔隙率等参数对堆积床传热特性的影响.研究表明,提高相变材料的导热系数,增大换热流体温差或减小单元尺寸对堆积床传热速率有明显提高,而提高换热流体流量,增大对流换热系数对传热速率的影响不明显.因而强化相变材料侧的传热过程是提高堆积床传热速率的有效途径.