U型埋管系统地下传热数值模拟

采用柱热源模型,建立了无限大区域内U型换热器与土壤间非稳态传热的二维数学模型.以天津地区的U型垂直埋管实验得到的数据作为参数,利用FLUENT软件进行模拟,得出该地区土壤源热泵间歇运行6年的土壤温度分布规律:距离地埋管最近的1,m点其变化速度最快、幅度最大;随着典型点与U管的距离增加,其变化速度及幅度都将减小;距离地埋管最远的7 m点其温度几乎不受热泵系统运行的影响,始终维持在初始温度14.5,℃左右.     

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。     

竖直U型地埋管传热性能数值模拟

对土壤源热泵系统在制冷季中垂直U型地埋管的传热性能进行数值模拟,揭示U型管入口水温、入口流速和回填材料导热系数对地埋管传热性能的影响规律.计算结果表明:在30~60°C的入口温度范围内,当雷诺数从3 000提高到11 000时,会使地埋管热流量增大10~23W,但会导致流体进出口温差降低0.2~1.34°C,在工程应用中流体进口流速要控制在一定范围内.水的入口温度和雷诺数分别为45°C和7 000时,回填材料导热系数从0.5 W/m·K增大至2.5 W/m·K,U型地埋管的热流量增大了将近2倍,也就是说在工程应用中,如果在回填土中掺混一定比例的保水材料将会增强埋管换热,并防止埋管长期运行时由于土壤本身保水性差使得土壤板结从而导致埋管失效.模拟结果与实验数据进行对比吻合较好.     

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％．     

土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究

介绍了几种常见土壤源热泵U型埋管换热器传热模型,建立了单U型垂直埋管换热器的非稳态传热模型.采用隐式有限差分法对冬季运行工况进行数值模拟,得到了U型埋管出口水温的变化规律及土壤温度场的分布规律.     

U形管地下换热系统的传热数值模拟

土壤源热泵是地源热泵中最常见的应用形式,是高效节能、绿色环保的供暖和制冷方式。其换热器大都采用竖直U形地埋管。据此,我建立了竖直U形地埋管与土壤的三维传热模型,模拟了U形管内流体的传热、U形管与土壤的传热和土壤的温度场。本文所建的模型考虑了U形管的实际形状,采用GAMBIT为建模软件,FLUENT为计算软件。管内流动状况与实际物理、几何条件完全符合,这与以前研究者将U形管两只管腿等效为柱热源的数学模型相比有质的改进。通过分析这些模拟数据可以得出对土壤源热泵工程设计有指导作用的结果。     

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。     

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2 ℃,夜间垫面温度达到30.2 ℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45 ℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2 974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1 240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM₁₀6.8 kg等,节能减排量显著。     

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。     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

太阳能热发电用高温相变蓄热器的数值模拟

对采用单级相变材料(PCM)蓄热的太阳能热发电用高温相变蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。得到了采用单级蓄热时熔化过程中PCM温度和液相率随时间的变化曲线及不同时刻液相率的分布云图。通过对曲线和云图的分析,在保证蓄热量的前提下,提出了采用3种PCM级联蓄热的高温相变蓄热器的设计方案,并对其蓄热性能进行了模拟。结果表明,采用级联蓄热的方案减小了蓄热的总时间,且有效地降低了单级蓄热末期"死区"对蓄热性能的影响,使PCM的液相率分布更加均匀,为太阳能热发电用高温相变蓄热器的优化设计提供了理论依据。     

相变储能型太阳能真空集热管运行特性研究

为了解相变储能型太阳能真空集热管的运行情况,对不同工况下单根真空管的运行情况以及三根真空管串联运行的情况进行实验研究,实验主要分为吸热和放热两个阶段.单根真空管运行的研究结果表明,吸热阶段,晴天和多云工况下,日平均集热效率能够达到30％～45％;阴天工况下的日平均集热效率很低,只有6％左右,且在吸热过程中由于U型铜管中...     

溴化锂溶液蓄能空调/供热系统工作特性模拟与分析

在所建立的系统运行动态数学模型基础上,针对具体应用实例对以溴化锂溶液为工作介质的蓄能系统进行数值模拟.以长江流域某城市一宾馆建筑为例,在设计日室外温度变化范围为29～38℃.空调最大冷负荷为1 450 kW.日需冷量为19 890 kwh.日需50℃洗浴用热水20t(720 kWh)条件下,分别对蓄能空调/供热系统在全量和分量蓄能策略下的工作情况进行数值模拟.分别得到了蓄能空调/供热系统所需的澳化锂溶液充注量、储罐容积、溶液 参数、设备负荷变化等重要基础数据及变化规律.这些数据和变化规律是先进蓄能空调/供热系统设计、控制、技术经济评价、设备选型或设计等工作的基础.     

Modeling and numerical simulation of a novel solar-powered absorption air conditioning system driven by a bubble pump with energy storage

This paper presents a novel solar-powered absorption air conditioning system driven by a bubble pump with energy storage. It solves the problem of unreliable solar energy supply by storing the working fluids and hence, functions 24 h per day. First, the working principles are described and the dynamic models for the primary energy storage components are developed. Then, the system is evaluated based on a numerical simulation. Based on the meteorological data of a typical day in a subtropical area, with the area of a solar collector being set at 19.15 m², whilst the initial charging mass, mass fraction and temperature of the solution are respectively set at 379.5 kg, 54.16% and 34.5 ℃, it is found that the respective coefficients of performance (COP) of the air conditioning system and the en-tire system (including the solar panel) are 0.7771 and 0.4372. In particular, the energy storage density of the system is 206.69 MJ/m³ which is much greater than those of chilled water or hot water storage systems under comparable conditions. This makes the new system much more compact and efficient. Finally, an automatic control strategy is given to achieve the highest COP when solar energy fluctuates.     

槽式太阳能系统导热油储罐的散热特性

实验研究槽式太阳能系统中导热油储罐的散热特性.储罐散热量随导热油降温而逐渐减小,储罐外壁面温度受储罐结构和环境温度影响很大,由此提出以储罐外壁表面平均温度为基础的热损失计算方法.储罐总热阻包括罐内保温层和罐外热阻,罐外热阻主要由辐射和自然对流组成.结合实验结果与表面平均温度计算法,提出罐内保温层传热关联式、储罐外壁辐射热损失关联式、罐外大空间自然对流散热关联式,为槽式太阳能储热系统的研究提供基础数据.     

蓄能型太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统研究

以实验的方法对采用填料塔式再生器的溶液除湿蒸发冷却空调系统的再生性能进行研究,得出了再生器热源温度在55.5 ℃工况下的传质系数和热源温度对出口参数有影响的结论.同时发现传质系数平均值约为0.32 mg/(m2·Pa·s),根据实验数据提出提高填料塔式再生器再生性能的方法.同时提出一种蓄能密度高的相变潜能蓄能模式,并在理论上对其进行定量分析,结果表明该种蓄能模式的蓄能密度一般在1 000 MJ/m3以上,这表明该蓄能方法比常规蓄能方法更为有效.     

溶液除湿蒸发冷却系统及其蓄能特性初步研究

针对除湿蒸发冷却系统的优势和特点,对利用太阳能或其他低位热源作为再生热源的系统进行了研究,并就该系统的蓄能特性进行了初步的理论分析.与传统的冰蓄冷相比,其同体积的蓄能能力要高3～5倍,其空调系统理论ηcop值达到1.21,且具有较大的蓄能潜力.     

一种新型太阳能制冷循环的控制系统研究

提出了一种新型太阳能混合吸收式蓄能循环的控制系统.混合式蓄能循环的控制系统采用n阶等容惯性环节来描述其动态特性,在比例积分调节方式下,从个别环节控制入手,进而达到综合能量控制.并利用C 语言编制程序对系统的运行进行仿真,达到了运行的最优化和蓄能节能的目的.     

调峰/调频模式下储能电池热仿真与实验研究

为探究储能电池参与电网调峰/调频时的运行状态,根据江苏镇江储能电站的实际运行工况,通过有限元仿真的方法建立了磷酸铁锂储能电池模组热模型。进一步设计了电池调峰/调频循环老化实验,分析早期容量衰减和温度变化数据,验证仿真的温度分布,并得出调峰/调频模式下的运行规律。结果表明：调峰模式平均电流倍率大,电池温度维持在更高的区间,最大温差远高于调频,在同等放电容量下电池寿命衰减更明显;仿真能较好地反映模组内部均温变化趋势,误差均低于1.8 ℃,满足预测精度,可为储能电站的初期投运提供安全设计基础。     

单轴储能及姿态控制系统建模与仿真研究

为了验证在同一轴上安装两个反向旋转飞轮能够同时完成能量存储与姿态控制问题,对一种由偏置动量轮构成的集成化单轴储能及姿态控制系统进行了理论分析及仿真研究。根据实验系统构成及其储、放能过程的特点,推导了系统的数学模型,给出了相应的控制算法,并以Matlab软件下的Simulink为平台,对系统在充、放电过程中气浮转台的角度调节过程和上下飞轮转速变化过程进行了仿真分析。仿真结果表明,利用两个反向旋转飞轮能够在控制转台角度的同时完成储、放能,证明了控制方案的有效性与可行性,为进一步研究储能及姿态控制系统提供了理论和设计依据。