基于Fluent模拟的地埋管周围不同蓄热体温度场变化分析

为研究地埋管周围不同蓄热材料土壤温度场的分布情况,选定黏土、砂层及砾石3种不同蓄热体,利用Gambit建模软件建立简单的地埋管模型,选择距地埋管中心间距不同的5个测点,利用Fluent数值模拟软件进行蓄热体温度场仿真计算,研究相同蓄热材料距地埋管中心距离不同时以及不同蓄热材料距地埋管中心间距相同时各测点温度的变化情况。结果表明,地埋管周围蓄热材料相同时,土壤各测点温度变化趋势因测点的距离不同而不同,且距离中心越近温度变化越明显;地埋管周围蓄热材料不同时,相同测点温度变化趋势基本一致,且每年取热完成以后的土壤温度升高,但由于导热系数的不同引起每年蓄热及取热过程中温度、蓄热量和取热量的差异。研究结果可为太阳能耦合地源热泵系统地埋管的工程设计提供理论参考。     

蓄/取热工况套管式地埋管换热器换热特性试验研究

为研究竖直套管式地埋管的非稳态传热特性,通过搭建竖直套管式地埋管传热特性砂箱试验台,对竖直套管式地埋管进行了试验研究,分析了蓄热工况和取热工况下不同运行模式对竖直套管式地埋管以及其周围土壤传热特性的影响,获得了竖直套管式地埋管流体的进出口水温、周围土壤温度、单位井深换热量以及平均传热系数的变化规律。试验研究结果表明：蓄热工况下在间歇运行模式分别为1:1与1:2情况下,启停比越小,地埋管周围土壤温度波动范围越大;取热工况下,距离地埋管径向距离越远的土壤温度受启停比时间的影响较小;间歇运行模式下的单位井深换热量比连续运行模式下单位井深换热量高,运行72 h时启停比1:1模式下单位井深换热量比连续模式下单位井深换热量高157.98 W/m。可见间歇运行模式有利于土壤恢复,实际工程中可根据建筑要求合理选择间歇运行。     

埋地热油管道停输后周围土壤温度场的数值模拟

为精确模拟管道周围土壤温度场,建立了埋地热油管道周围土壤温度场数学模型.在模型中,根据管外不同位置处土壤受热油管道散热影响的大小,将管外热影响区域简化为矩形并分为两部分,其中第一部分为距管外壁0.5 m内的环形烘干区域.针对该模型,编制了有限元程序计算管道周围土壤温度分布.计算结果表明,管外径426 mm、管内油温65.0℃、管道埋深处自然地温9.0℃时,矩形热影响区域的水平边界距管中心距离在13 m左右;若管道停输40 h,仅管道周围1.1 m内的土壤温度发生变化,为管道停输再启动的安全性评价提供了科学依据.     

桩埋管与井埋管实验与数值模拟

建立了一套组合型地下埋管换热器地源热泵实验系统，针对该系统所采用的不同回填材料U型垂直埋管即沙石回填的U型井埋管和混凝土回填的U型桩埋管换热器，分别进行在不同进口温度和流量下的取热和排热实验，分析这两种埋管换热器的换热效果和性能．理论上，采用所建立的内热源埋地换热器理论模型和专业软件，对这两种埋管方式的周围土壤温度场进行数值模拟．经检验，理论计算与实验结果吻合较好．相同实验工况下，得到了U型桩埋管的换热效果和换热稳定性要优于U型井埋管．排热时，U型桩埋管比U型井埋管的单位井深换热量提高62．5％，取热时，提高约16％．     

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.     

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.     

埋管换热器对地表温度影响的模拟分析

为探讨地源热泵系统垂直埋管换热器运行对地表温度的影响,采用数值模拟的方法,基于一定的覆土厚度,结合不同工况下的埋管负荷,建立了地下土壤、钻孔、覆土与外界环境之间的传热模型,对埋管运行期覆土层温度场的变化进行了分析,并对地表温度随覆土厚度的变化规律进行了研究。结果表明,在地埋管的连续换热作用下,埋管周围土壤温度显著变化,且越接近钻孔中心,温度变化幅度越大;钻孔顶部覆土层温度局部变化,随着覆土厚度增加,温差递减;地表温度变化范围及上升幅度与埋管换热量成正比,与覆土厚度成反比;增加覆土层厚度能有效减缓地埋管换热对地表温度造成的热影响,有利于管群区域的红外伪装。     

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证

为了探讨利用太阳能-地源热泵系统中现有钻孔U形埋管进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,建立了考虑地下水渗流与热湿迁移影响的准三维U形埋管土壤蓄热的数学模型.基于对模型的数值求解,探讨了间歇蓄热运行模式及地下水渗流对U形埋管土壤蓄热特性的影响,结果显示:间歇蓄热方式有利于土壤温度的恢复,从而可提高蓄热效率;同时,地下水渗流的存在可以强化地下埋管的换热效果,但不利于用埋管作为蓄热装置.实验验证表明,埋管日平均出口温度及日蓄热的计算值与实验值随时间的变化规律一致,其平均相对误差为5.6％.所建模型为U形埋管土壤蓄热及其传热特性的研究提供了理论基础.     

并行埋地管道准周期土壤温度场的数值模拟

并行埋地管道中,常温输送的成品油管道会影响热原油管道的温度场,从而与单根输油管道的温度场不同.热油管道周围土壤温度场是管道停输再启动和管道运行的基础,只有准确掌握管道周围土壤温度场的变化规律,才能使管道安全运行,避免凝管事故发生.为了研究并行管道周围土壤温度场在准周期内的变化规律,以西部原油成品油管道四堡进站位置为例,在实测管道周围土壤物性的基础上,采用非结构化有限容积法对并行埋地管道周围土壤温度场进行模拟研究.模拟计算结果与现场实测结果基本吻合,表明提出的计算模型正确,计算结果能够为工程实际提供参考.     

非供暖季中深层热储自然恢复与蓄热对比分析

本文主要研究对比分析中深层地埋管运行1个供暖季后在非供暖季埋管周围热储自然恢复与有人为干预的蓄热恢复两种不同恢复情况温度场的变化,利用ANSYS Fluent建立传热模型,基于有限体积法进行求解,并与项目实测数据进行对比验证。通过对比分析两种不同恢复模式在非供暖季结束时热储的温度值,结果表明：非供暖季中深层热储通过自然恢复结束时,热储温度热恢复率最低点为96.81%;进行人为干预的蓄热恢复在非供暖季结束时,热储的温度可以最高恢复率可达到158.09%。对比两种不同的热恢复模式在非供暖季结束时温差(Δt)最大达到10.09℃,温差(Δt)随深度及径向距离的增加而减小。     

厚板对接多道焊最高焊接温度的预测

采用多元非线性回归的方法,建立了厚板对接多道焊的最高温度与焊接线能量、层间温度、环境温度以及测点到热源中心的距离之间的数学模型.通过相关性检验、线性回归的显著性检验以及回归系数的显著性检验,证明了模型可行;同时分析了回归系数与测点到焊缝中心距离之间的关系.结果表明,它们之间的关系是一种非线性关系,而且呈现出了一定的变化趋势.     

爆炸载荷下埋地管线动力学分析数值模拟

 埋地管线的设计规范通常仅考虑管内介质、管边地质条件、环境条件、埋设方式和深度,而未考虑在土中爆炸的冲击载荷作用下埋地管线的安全性。本文利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用非线性动力学的基本理论和算法,选取适当的材料以及本构关系,对炸药在土中爆炸情形下埋地管线的动力学响应问题进行3维数值模拟。对比分析了不同装药量和爆心距对埋地管线损伤的不同作用,并对正对爆心管线界面上各节点受力进行了分析。结果表明,当炸药在浅土层中爆炸,炸药用量对管线的影响更为突出;同时也得出埋地管线在受到爆炸冲击载荷时,正对爆心截面上受到较大的轴向拉应力作用,且其作用可以看作瞬态受力过程。     

半埋热油管道传热研究

受飓风、暴雨、泥石流等恶劣天气的影响,埋地管道可能局部处于半掩埋状态。目前半埋管道传热计算多采用“线性插值”模型。建立了半埋热油管道的流（空气水）—管—土耦合传热机理模型,并利用数值模拟手段对不同条件下管道的传热特性进行了研究。结果表明,管道的总传热系数、出口温度和土壤蓄热量与管道的相对埋入面积呈明显的非线性关系;线性模型与机理模型的计算结果在趋势与数值方面均具有较大偏差;管道刚好完全掩埋时与完全不掩埋时相比,总传热系数出口温度的差异较大,且管径越大,差异越显著;当环境流体的温度较低时,管道出口温度对相对埋入面积更敏感。     

机场跑道循环热流体法融雪除冰数值模拟

为实现机场跑道快速融雪除冰,保障机场航班的正常运转,基于COMSOL固体传热与管道传热模块对地埋管地源热泵系统进行了模拟研究。设计了四种埋管形式,从管道埋深、埋管排布形式、循环流体流速以及入口水温四个角度对供热系统进行了优化分析,提出用于表征换热均匀性的参数温度偏移系数,并将建筑垃圾引入钻孔回填材料,分析了钻孔回填材料对换热系统的影响。研究结果表明：阿基米德螺线式埋管管材用料少,温度均匀性好,且在循环水的流动中流动阻力小,施工方便,工程实际中可以采用加密螺线式设计以提高系统的换热效率;将建筑垃圾进行分类处理后,选取导热性能较好的材料,将其用于钻孔回填具有一定可行性,能够起到换热增强与提高地基承载力的双重作用。研究结果为将地源热泵系统应用于机场跑道融雪除冰提供了参考。     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相加后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

土壤初始温度及地下水渗流对多供一回中心回水管换热器的影响

为研究地下水渗流对多供一回中心回水管换热器与周围岩土体换热情况的影响,以黄土高原地区实际土壤环境为依托,采用DesignMoldeler软件建立多供一回中心回水管换热器及周围土壤的三维热渗耦合传热模型,利用Meshing软件对模型进行网格划分,并采用Fluent软件对其进行数值模拟.分析岩土体分层条件下,沿埋深方向变化的土壤初始温度、不同地下水渗流方向及间歇运行模式对多供一回中心回水管换热器换热的影响.研究结果表明:分层土壤初始温度不同对不同类型的多供一回中心回水管换热器影响较大,故不可忽略;不同地下水渗流方向对不同类型的多供一回中心回水管换热器影响不同,存在一个最佳渗流方向使得换热效率达到最高;间歇运行模式可提高热泵运行效率,减小埋管的设计长度,从而减少初投资.     

基于遗传算法的单U地源热泵钻孔内热阻研究

基于地源热泵单U地埋管二维换热模型,以钻孔内的换热热阻为目标函数,以回填材料导热系数、两埋管间距及管内水流速等参数为优化变量,利用添加了精英保留及迁移优化的遗传算法,对各参数同时变化时进行了目标函数优化,并分析了各参数对热阻性能影响,当回填材料导热系数、两埋管间距及流速均为最大值时,其对应的钻孔内换热热阻达到最小.研究结果对优化地埋侧换热器的设计具有一定参考价值.     

平板尺寸对NexGen燃烧器冲击射流换热特性的影响研究

NexGen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定的用于动力装置防火试验的燃烧器。为了研究平板尺寸L与冲击间距Z之比(L/Z)为4、5和6的情况下对平板的温度、努塞尔数和热流分布的影响,采用商用Fluent软件模拟了NexGen燃烧器火焰射流冲击平板的过程,分析了火焰冲击平板的流场;并对不同L/Z下平板的表面温度、努塞尔数和热流的分布规律进行了研究。同时,对平板表面危险点的分布情况做出了预判,得出危险点主要集中在以平板几何中心为中心的0.15 m×0.2 m范围内。     

超超临界660 MW塔式锅炉末级过热器炉内外壁温对比分析

利用超超临界660 MW塔式锅炉末级过热器炉内外壁温测点数据,分析在不同负荷下炉内壁温与炉外壁温的关系。结果表明:机组运行过程中,要关注管屏以及同屏管间热负荷分布情况,以便及时通过燃烧调整消除热偏差;随负荷变化,炉内外壁温变化趋势相同,炉外壁温经估算后能够反映炉内管壁的实际温度;壁温监测需要炉内外壁温测点相互配合,以防炉内温度测点所在位置不是热负荷高的区域。