日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

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.     

某地地埋管热响应试验研究与传热性能分析

地埋管换热器传热性能及传热过程的研究一直是地源热泵工程应用的理论基础和重点。结合河南某地地源热泵工程,针对不同埋管方式的垂直U型地埋管建立现场热响应试验系统,分析得到场地土壤等效导热系数为1.52 W/（K?m）;双U型地埋管换热器的换热效果比单U形管高30%左右,De32型双U地埋管的延米换热量比De25型高10%左右,地埋管延米换热量随载热流体流速的变化不呈正相关变化,存在最优流速使得换热器换热效果最好;以单位钻孔深度换热量最大作为优化条件提出优化U型地埋管换热器设计的方法,建议设计前试验确定适合管径和流体最优流速。     

地源热泵夏季运行地温场变化特性试验研究

以同济大学某实验室地埋管地源热泵工程为例,通过对地埋管换热区地温场及地源热泵系统运行参数进行监测,分析研究了地源热泵系统夏季运行地温场的变化特性以及地温场变化对地源热泵系统运行效率的影响.结果表明:夏季累计运行44 d,土壤平均升温幅度为0.64℃;不同深度测点温度变化幅度随深度增加逐渐减小,120 m深度地温几乎无变化;换热区土壤地温恢复速率为0.14℃·100 d~(-1);随着换热区土壤温度的升高,地源侧进出水温差降低幅度为0.87℃,机组性能系数亦随之降低,系统换热效率下降.     

基于多极理论传热模型的垂直U型地埋管传热特性研究

地埋管循环介质出口温度不仅仅反映了地埋管的换热能力,同时极大地影响着热泵主机的运行效率,是地埋管换热过程的一个重要能效特性参数,可通过引入能效系数来反映.文基于地埋管轴向流动多极理论传热模型对不同的回填材料物性、支管间距、地埋管埋设深度、土壤物性、管内循环介质流速条件下地埋管传热过程进行动态模拟和分析,得出了各重要特性参数的变化对U型地埋管传热能效的影响规律,可为土壤源热泵地埋管换热器的设计提供参考.     

基于非等温管道流动的浅层地热泵有限元分析

基于流场、温度场多场问题的有限元方法,对非等温管道流动的浅层地源热泵这一工程技术进行了数值模拟分析。首先,在假定的基础上给出了地源热泵多场问题的数学控制方程,然后利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了相应数值模型,对地源热泵的相关施工参数影响进行了分析。结果表明：随埋深增加,地埋管出水温度增加,每延米管长换热功率减少;地埋管内径越小,其出水温度越低,每延米管长换热功率也减小。两管靠得越近,两者之间的热阻就越小,导致热短路现象,进而影响进水管温度。随着导热系数的增大,出水温度将降低,每延米管长换热功率将增大,在回填材料导热系数小于或略大于岩土体导热系数时,使用好的导热系数回填材料在提高每延米管长换热功率效果方面比较明显,这种效果在进一步提高回填材料导热系数时将趋缓。     

土壤源热泵双U型与单U型埋管换热器运行性能比较

本文利用有限差分法分别建立了土壤源热泵单U型和双U型埋管换热器三维非稳态模型,重点研究比较了二者在运行过程中换热性能以及土壤温度的变化情况。结果表明:双U型埋管换热器的换热性能要远远优于单U型埋管换热器,同时,二者在运行过程中的热扩散半径相差很小,采用双U型管换热器的土壤耦合热泵系统并不需要更大的占地面积。     

土壤-空气换热器地埋管周围 土壤动态的热湿迁移规律

以调节日光温室内环境的土壤-空气换热系统为背景,开展白天降温、夜晚升温两种不同工况下的试验,从而探究地埋管周围轴向和径向上的温度、湿度迁移规律.研究结果表明:昼夜温差大的情况下,土壤的热饱和程度会随之产生周期性变化,土壤中蓄放热状态的差异性也会引起温度、湿度分布的动态变化;土壤-空气换热器作用下的土壤热湿耦合的作用明显,温度梯度对湿分迁移有一定的推动作用,产生的湿度梯度同时也会影响温度分布;土壤-空气换热器对土壤的影响主要表现为径向上的变化,即在竖直方向上产生明显的湿度分层及温度变化,且距离换热管越近,变化幅度越大,变化趋势也越显著.     

钻孔埋管换热器用于寒区隧道消防管网加热保温的理论研究

为解决寒区隧道消防管冻结失效问题,提出一种基于钻孔埋管换热器的新型加热保温系统;基于非等温管道流模型,联立消防管段加热过程和埋管换热器换热理论,得到系统运行过程中流体温度分布的解析解。以林场隧道工程为背景,对加热段水温、换热器换热效率等的变化规律进行理论分析与数值验证。研究结果表明：进、出口水温先降低后快速上升再缓慢下降,10 h时达到峰值;加热初期,轴向水温分布为“进口温度高、出口温度低、段中温度突变”,之后在4～5℃范围内近似呈均匀分布;随着系统的运行,换热器平均换热效率稳定在约15 W/m。系统连续运行对地温的影响范围不断扩大,钻孔附近地温不断降低。系统间歇运行模式由设定高限和低限控制,在间歇期内,围岩地温可得到一定程度的恢复,且换热器换热效率较连续运行工况下的高。水温、换热器换热效率等的理论计算结果与数值模拟结果吻合度较高,本文所提出的寒区隧道消防管网钻孔埋管换热保温系统可使消防管段水温维持在设定低限温度以上,节能高效,有一定的应用价值。     

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.     

回路型脉动热管的运行与传热

为深入了解脉动热管的运行和传热的机理与规律，研究了铜—水回路型脉动热管(Looped PHP)在空气冷却条件下，充液率、管径、加热段冷却段长度比等因素对传热性能的影响。结果发现，充液率在35%附近时传热功率达到最大值；相同的对流换热条件下，小管径热管的热阻更小，运行和传热性能更好；脉动热管本身的热阻与外部换热条件有很大的相关性。另外，通过分析脉动热管壁面温度波动的特征，揭示了波动的成因及其所反映的内部流动和传热状况。     

Development of Submersible Corrugated Pipe Sewage Heat Exchanger

Based on the characteristics of heat transfer for corrugated pipe,a method of calculating and de-sign on the submersible corrugated pipe sewage heat exchanger was put forward theoretically and experimental-ly.The actual movement parameters of air-conditioning system used in this heat exchanger were measured.The experimental result shows that the quantity of heat transfer of the corrugated pipe sewage heat exchanger can satisfy the building's load with the average coefficient of performance 4.55.At the same time.the quantity ot heat transfer of the corrugated pipe sewage heat exchanger was compared with that of the other nonmetallic sewage heat exchangers(i.e.,the plastic-Al pipe sewage heat exchanger and PP-R pipe sewage heat exchanger)experimentally.It is found out that the effect of heat transfer for submersible corrugated pipe sewage heat ex-changer is superior to those of the plastic-Al pipe and the PP-R pipe.The quantity of heat transfer per mile of corrugated pipe sewage heat exchanger is 5.2 times as much as that of the plastic-Al pipe,and it is 8.1 times as much as that of PP-R pipe.     

热管刀具的设计及散热性能测试

为设计结构合理的热管刀具,研制了热管性能测试系统,模拟热管在车刀内的工作条件,通过正交试验优化热管使用参数.在此基础上,分别设计了嵌入式、侧压式和槽嵌式3种不同热管植入形式的热管刀具,并进行干车削45#钢实验,以量化评估这几种热管刀具的散热性能.对热管的传热测试结果表明:圆热管和扁热管在受热段长度18 mm、冷却段长度20mm、循环冷却水温度75℃、热管弯曲5°时的传热效果最优.对这几种热管刀具的切削量热实验表明:嵌入式热管刀具中的热管传热效率最高,槽嵌式的次之,侧压式的最弱.     

单回路脉动热管传热性能的试验

通过对单回路紫铜-水脉动热管在风冷方式和定热流加热条件下,稳定运行时的传热性能的试验研究,得到管壁温度沿管长的变化规律,冷热段均温和温降(或温升)、传热温差、传热热阻随传热功率的变化特性.分析了充液率和管径对热管传热性能的影响.结果表明:冷热段均温、传热温差随传热功率的增加而增大,传热热阻随传热功率的增加而减小;小传热功率时,传热热阻对传热功率、管内径和充液率的变化较为敏感;减小充液率,增大管内径,增加传热功率可明显降低热管的传热热阻;较高传热功率时,充液率、管内径和传热功率对传热热阻的影响较小,影响传热热阻的主要因素是冷却热阻,可通过增加管外径或改善冷却条件来降低传热热阻,提高传热性能.     

气化炉内下降管传热传质过程的模拟

建立了气化炉下降管传热传质过程过程的数学模莳工进行了数值计算,据此分析了下降管内合成气的温度分布与进口流速等参数的关系。研究表明,渭河化肥厂气炉下降管内的气体温度可以从１６７３Ｋ降低到５７０Ｋ,且降低气化温或气化室的出口流速和增加下降管的长度,均对激冷室内气体的降温有利。     

CO2跨临界单级压缩带回热器与不带回热器循环理论分析与实验研究

分别对带回热器和不带回热器的CO2跨临界单级压缩循环进行了理论分析和实验性能测试。理论分析表明,与不带回热器循环相比,相同蒸发温度下,带回热器循环平均性能提高约4.55％;相同气体冷却器出口温度下,带回热器循环平均性能提高约5.23％。实验测试表明,带回热器循环制热量和制冷量分别平均提高约3.33％和5.35％,制热和制冷性能系数分别提高约11.36％和14.29％。     

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.     

地埋管地源热泵系统源侧（火用）分析

摘要：建立了地埋管地源热泵系统的源侧热力学（火用）分析模型,模型中考虑了持续热扰动和环境温度变化对产出（火用）的影响,并对不同气候区域和不同埋深地埋管换热系统进行了（火用）分析．结果表明,长期运行时,环境温度的变化对欠用增量有显著影响,合理控制热泵的运行时间可以使系统获得较高的（火用）增量;埋深的减小使泵耗功明显增加,甚至会高于系统从热源得到的（火用）增量,而埋深超过100m时,深度的增加对提高火用增量来说并不经济．提出了地埋管换热器（火用）效比这一参数,对评价地埋管换热器获取（火用）增量的效率、经济性,以及确定地埋管地源热泵系统合理的运行时间有理论指导意义．     

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。