地下水对地埋管换热器换热的影响分析

针对传统传热模型无法反映地下水对地埋管换热器换热的影响,结合黄土高原地区的地质条件,通过Fluent流体仿真软件建立地埋管换热器的三维非稳态分层渗流传热模型,并利用实验数据验证该模型的准确性.在不同的地下水流速和岩土体孔隙率的条件下,通过数值模拟的方法,研究以含水层厚度为特征长度的贝克莱数与地埋管换热器换热之间的关系.结果表明:单位井深换热量增加率与贝克莱数成对数关系;当贝克莱数较大时,地下水对地埋管换热器换热有促进作用;当贝克莱数较小时,地下水对地埋管换热的强化作用不明显,甚至起到抑制作用.同时,对含水层处的导热系数进行修正,得到新的分层渗流传热模型.     

寒冷地区垂直埋管换热器供暖期岩土体温度场研究

为了研究寒冷地区单U型垂直埋管换热器供暖期岩土体温度场,结合某实际工程,通过40个防护型一线式温度传感器对岩土体温度进行了监测。对监测数据进行修正并分析后得出,地下水渗流能增强热对流,使得岩土体温度变化率升高,这对于地源热泵系统的运行是一个有利的条件;间歇运行可以有效缓解系统连续运行对岩土体温度场产生的不良影响,对于提高热泵系统性能具有重要作用;岩土体温度受到了地下热传导向上的热量补给的影响,因此在模拟计算时不宜将换热井底部设为恒温边界或者绝热边界,应将其作为动态边界条件处理,同时浅层岩土体温度受太阳辐射影响较大,计算时这部分热量也是不能忽略的。     

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.     

非连续运行工况下垂直地埋管换热器的换热特性

为了探讨非连续运行条件下地埋管的换热特性,基于相似理论搭建了地下换热模型试验台,进行了不同间歇运行工况的试验测试;建立了垂直U型埋管换热器二维非稳态传热模型,分析了单工况间歇运行、双工况交替运行及地下岩土类型对非连续运行条件下土壤温度分布特性的影响.结果表明:合理的间歇运行模式有利于埋管周围土壤温度快速恢复,从而可有效提高浅层地热能利用率;对于单工况间歇模式,等负荷强度变运停时间比时土壤温度恢复效果随间歇时间增加而增加;当放热量一定时,土壤温度波动较大,但并不一定能显著改善机组运行效果.对于双工况交替模式,均可显著降低土壤温升率,且间歇双工况交替比连续交替可增加全年土壤取放热不平衡率.此外,土壤导热系数与热扩散率越好,其温度恢复越快.实验表明:所建模型预测温度的计算值与实验值最大绝对误差为0.45℃,相对误差小于5%.     

地下水渗流作用下埋管换热器动态设计研究

由于土壤换热的复杂性及地源热泵系统实际运行的耦合作用,地埋管设计需要考虑到实际地下水渗流及其动态性能。通过对某实际工程进行热响应试验,测算出该地地下水渗流速度;在此基础上建立逐时负荷-热泵机组-地埋管换热器耦合模型对该工程埋管设计进行动态分析。最后在此设计工况下对系统全年运行情况进行模拟分析,为该地源热泵系统运行提供参考依据。     

地下水渗流对单U形地埋管埋深的影响

为解决因埋深过大而引起的竖直地埋管换热器换热效果不佳的问题,根据黄土高原地区的地质条件,建立轴向岩土分层的单U形地埋管换热器数值模型.通过数值模拟,分别研究了改变含水层厚度、地下水渗流速度和地下水位线高度对地埋管换热性能的影响,并提出了以典型含水层厚度来确定地埋管最佳埋深的方法.结果 表明:当实际含水层的厚度不超过典型含水层厚度时,地埋管最佳埋深的位置为实际含水层底部;反之,地埋管最佳埋深的位置为典型含水层底部;随着渗流速度的减小,典型含水层厚度先增大后趋于不变,在渗流速度为1×10-6 m/s时达到最大值30 m;地下水位线的提高对典型含水层厚度没有影响,但提高了典型含水层的位置,使得最佳埋深变小.     

岩溶地区地源热泵空调系统的实验研究

地源热泵运行中地埋管换热器与岩土层的热交换必然引起地埋管周围温度场的变化。借助岩溶地区地源热泵系统实验平台,开展夏季制冷工况下两种不同运行模式的实验,探讨地埋管周围温度场的变化规律及其对地源热泵性能的影响。实验研究结果表明:1横、竖地埋管管壁温度的变化规律基本上一致,但其管壁温升幅度有所差异,竖埋管管壁的温升幅度(间歇工况3.7℃,连续工况3.2℃)均较横埋管(间歇工况0.9℃,连续工况0.7℃)要大;2横、竖地埋管周围土壤温升幅度跟距离地埋管的远近有关,随着距离的增加,其温升的幅度递减;31.0 m以上地层土壤温度变化受气候环境变化的影响,从而影响了埋深较浅的横埋管。而埋深较大的竖埋管受岩溶地下水渗流的影响;4系统回水温度对热泵机组性能系数COP有显著影响,间歇运行模式下的热泵机组性能系数COP对系统回水温度的变化更加敏感。     

地下岩土热物性及地下水渗流速度确定

提出了可用于现场测量地下岩土的导热系数、容积比热容等热物性参数以及地下水渗流速度的方法．埋设在地下的地热换热器与周围岩土换热过程可以近似为无限大介质中移动线热源传热问题．该方法克服了其它模型对钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的物性等参数的要求，相应消除上述参数测量带来的误差．通过测量地下埋管的加热功率、循环水流量、出入口水温随时间变化，确定了某地源热泵空调系统工程地下岩土的热物性参数及地下水渗流速度，检验证实了该方法的实用性和可靠性．     

不同负荷特性下单U型地埋管换热器换热性能模拟分析

文章对单U型地埋管换热器建立二维传热模型,并通过二维截面推移得到其三维模型.运用Ansys热分析软件,分析了某地区在不同空调负荷特性下的单U型地埋管换热器换热性能.模拟结果表明,单U型地埋管换热器在连续负荷作用下,每延米换热量从运行初期的约130 W下降到末期的34 W左右,在连续运行约200 h后基本保持不变;在间歇...     

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.     

寒区隧道地源热泵供热系统及优化分析

为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中.系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成,可用于隧道洞口段衬砌和排水系统加热.在分析研究该系统传热机理的基础上,建立考虑热阻和热源的隧道取热段传热模型,利用叠加原理、格林函数法和拉普拉斯变换法相结合的方法获得其解析解.热交换管间距对热交换管换热量有显著影响,随着管间距的增加,换热量呈线性增加.热交换管换热量随隧道埋深的增加而呈线性增加,热交换管应布置在埋深深的部位.与热泵持续运行相比,间歇运行有利于土壤温度场的恢复,有助于提高热泵运行效率.     

地源热泵间歇运行地温变化特性及恢复特性研究

针对土壤源热泵运行过程中地下传热衰减问题,进行了热泵间歇运行实验,测试分析了热泵间歇运行过程中地温变化规律及其对换热率和机组性能的影响.建立基于渗流的三维非稳态传热模型,对地下垂直U形埋管与周围土壤的热湿耦合传递进行数值计算,模拟了热泵运行状态下地温变化及热泵停歇状态下地温恢复特性;数值分析了土壤导热系数、土壤孔隙率、不同回填材料及太阳辐射能对地温恢复过程的影响.实验与数值计算都表明,热泵可控间歇运行策略对于改善地下传热,提高热泵系统性能具有重要作用,探讨热泵可控间歇运行问题对于地热能高效一体化利用具有理论意义.     

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。     

基于热平衡的土壤源热泵系统特性分析

针对不同负荷不平衡率时地下埋管换热器的传热特性展开研究,提出采用辅助冷热源、盘管排数调节等策略建议,以期土壤源热泵系统的高效运行.此外,还建议将地下埋管换热器安装在地下水丰富地区,亦可以减轻土壤全年热不平衡所带来的问题.     

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.     

同程热水系统循环水流方向探讨

针对现行规范推荐采用的机械循环集中热水供应系统同程管网布置形式,根据水力学原理,提出输水和配水管段水流方向的判据,并图示分析两根、三根及多根立管组成的同程式机械循环集中热水供应系统在纯回水及小量配水工况下的循环水流方向.结果表明:同程热水系统回水管道的循环运行存在多种不同的水流方向;现行机械循环集中热水供应系统的水力计算以纯回水、单一水流方向作为计算的前提,不考虑小量出水工况,是不完善的.要保证每根立管均有循环流量按计算设定的水流方向通过,必须满足一定的水力条件.