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.     

两种地源热泵竖埋U型换热器计算模型适用性比较

地下换热器传热模型是地源热泵系统长期运行性能预测以及岩土热物性参数测试的基础。本文通过对经典的线热源解析模型以及一维柱热源数值模型进行比较,整体上数值模型及解析模型的计算平均水温与实测值接近,并且数值模型偏差比解析模型小。数值模型具有较高准确性,并且可以进行变热流计算,具有较强的工程实用价值。     

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。     

电弧焊接数值模拟中热源模型的研究与发展

焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研究进展,分析了不同热源模型的特点及适用性.高斯面热源模型和双椭球体热源模型作为基础热源模型,广泛应用于较小尺寸工件和规则轨迹的焊接过程数值模拟,且具有较高的计算精度;简化热源模型和温度替代型热源模型多用于大厚工件的多层多道焊接及复杂轨迹焊接过程的数值模拟,能够实现效率和精度的统一;多丝电弧焊接热源较为复杂,采用修正后的双椭球体叠加热源模型,计算结果能保证一定的精度;结合型热源模型对熔池形状的描述更灵活,在深熔电弧焊的数值模拟中具有优势.本文可为电弧焊接过程数值模拟的热源模型选择和模型参数确定提供有益参考.     

圆柱源综合修正模型

通过对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,提出了针对回填材料的热阻修正因子,并引入了热短路修正方法对循环水平均温度进行修正,同时在综合考虑对Carslaw柱源模型已有修正的基础上,提出了圆柱源综合修正模型.通过计算结果与实验数据的比较,证明了修正模型的准确性,并进一步分析了回填土、等价半径、热流不均匀、热短路等因素对土壤热物性参数计算结果的影响.     

多功能地源热泵埋管周围土壤的温度变化特性

提出了一种多功能地源热泵空调系统(MFGSHP),该系统除了具有夏季制冷、冬季供热的功能以外,还可全年提供生活热水,有效消除对土壤取热/排热不平衡的现象.模拟了该系统在长江中下游典型气候区长期运行时地下换热器周围土壤的温度分布和变化趋势.模拟结果显示,普通地源热泵空调系统(GSHP)单独供冷运行9 a后,会导致地下土壤温度持续升高9K以上,系统的运行状况严重恶化,甚至出现无法正常运行的现象.含热水供应的多功能地源热泵系统运行9 a后土壤温度仅下降0.3K,说明其可有效消除传统地源热泵空调系统冬、夏季取热/排热不均现象,缓解土壤温度升高的趋势.此外,该系统还能扩大地源热泵机组的应用范围,提高机组的性能系数.     

跨季节蓄能型地源热泵地下蓄能与释能特性

为了探讨跨季节蓄能型地源热泵地下蓄能与释能特性,以垂直U形埋管地下蓄能区域为研究对象,建立了准三维蓄能传热数学模型.分析了蓄能过程中土壤热作用半径与蓄热率随运行时间的变化及全年运行过程中土壤温度的动态变化规律,探讨了土壤类型与释热率对地下蓄能与释能特性及全年土壤热平衡问题的影响.结果表明:蓄能过程中不同半径处土壤温度会逐渐升高,热作用半径随时间而增大,但逐渐趋于平稳;同时,土壤类型对蓄能过程中热扩散半径与速度有影响;此外,负荷不平衡率与土壤类型对全年土壤热平衡也有一定的影响.实验验证表明,所建地下蓄能传热模型可有效模拟地下蓄能与释能过程.研究结论对跨季节蓄能型地源热泵系统的优化设计与运行具有重要指导意义.     

地源热泵U型管地下换热器的CFD数值模拟

为了给地源热泵U型管地下换热器的优化设计提供理论依据,通过CFD数值软件对地源热泵U型管地下换热器系统中的流动和传热过程进行数值模拟.结果表明,地源热泵U型管地下换热器的换热效率随支管间距的增大而增加,随回填土材料热导率的增加而增大,而且支管间距和回填土材料热导率对换热器效率的影响是很复杂的非线性关系.当钻孔深度超过80m时,两支管的温升比急剧增加,支管间的热损失加剧,建议在实际操作中钻孔深度不要太深.     

水火弯板数值模拟中热源模型参数研究

水火弯板热源热流密度模型的选取和定义,是水火弯板数值模拟中一个关键问题．采用高斯分布热流密度模型对水火弯板中的气体火焰热源展开了研究,利用实验和数值模拟相结合的方法,通过在一定范围内调整热流密度模型中的热源半径r和热效率η等参数．使数值计算的温度场分布趋近于实验测量的温度场分布,确定了水火弯板热源热流密度模型．在一定丙烯流量范围内,分析了热源半径和热效率的插值偏差对计算结果的影响,结果表明该模型能够满足水火弯板数值计算的精度要求．算例验证了该热源模型在有限元计算中的可靠性．     

基于实验参数的空气源热泵除霜滞留表面水蒸发模型

以空气源热泵逆循环热气除霜实验时测得的各时刻室外换热器翅片管表面温度分布参数为基础,建立了室外换热器热气除霜动态模型.通过模型求解可以全面动态观测空气源热泵除霜时室外换热器表面滞留水蒸发质量、蒸发耗热量及翅片管干热换热特性.采用实验参数与计算机模拟相结合的建模方法,不必考虑除霜时翅片管内部的热交换.简化了计算,同时保证了模型的可靠性与精度.     

磨削弧区热源分布形状研究

为了研究磨削力与磨削热耦合作用的残余应力场,基于磨粒轨迹分析和磨粒接触分析,采用概率统计的方法建立了磨削弧区热源分布模型。模型分析了磨削弧区热量分配关系,不需预先假设沿磨削弧总热源分布形状及热量分配比一致,即可获得磨削弧区热源分布形状,解决了以往热源分布形状常被假设为矩形和直角三角形,但矩形热源和直角三角形热源并不能准确地描述热源分布形状的问题。采用有限元法仿真分析了工件磨削温度场,采用热成像仪实测了磨削温度场,并将磨削温度场有限元仿真结果和热成像仪测量结果进行了对比分析,结果表明:有限元模拟结果与热成像仪测量结果具有很好的一致性,磨削弧区最高温度预测值与实测值之间的误差在2.24%~15.3%范围内;直角三角形热源并不能准确地描述磨削弧区热源分布形状;磨削弧区热源分布形状更接近四次多项式函数曲线。     

土壤源热泵的研究

土壤源热泵是利用媒介质取其土壤内冷能量的新型装置。在分析土壤源有关特性的基础上,研究土壤源热泵的设置及其特性的测试。     

喷气增焓空气源耦合地源热泵系统的性能优化

针对山西省太原地区地源热泵应用导致土壤热平衡难以满足的问题,在传统空气源耦合地源热泵系统的基础上,设计一套新的喷气增焓空气源耦合地源热泵系统,并建立相关的数学模型.以太原地区某一建筑的应用为例,利用DeST软件模拟计算案例建筑全年冷、热负荷需求特征,利用TRNSYS软件仿真分析常规地源热泵、空气源热泵、喷气增焓空气源耦合地源热泵系统的性能,并对新的喷气增焓空气源耦合地源热泵系统性能进行优化.结果表明:案例建筑全年累计冷、热负荷比为1.57∶1.00,应用常规地源热泵后,土壤初始温度和最高温度逐年下降,10 a后平均温度降幅14.3%;与常规地源热泵系统比较,喷气增焓空气源耦合地源热泵系统初投资节省12.5%,节省25.8%的打井数,节省33.9%的运行费和15.9%的总费用,可解决埋管区土壤冷、热不平衡、埋管面积不足的问题,夏季性能系数(COP)提升26.2%,冬季制热性能系数(COP_h)提升12.3%.     

空气源热泵-地埋管换热系统蓄热性能研究

对于热负荷占优的寒冷地区,土壤源热泵系统长期运行使得土壤温度逐年降低,非采暖季利用空气源热泵为地埋管换热系统进行蓄热可有效地解决土壤热平衡问题。以实际工程为支撑,对空气源热泵-地埋管换热系统进行蓄热性能测试,结果表明：系统平均制热量可达到空气源热泵额定制热量的2.17倍,系统平均能效比为7.2,地埋管循环介质平均温差为4.5 ℃,系统运行稳定。基于TRNSYS软件对蓄热过程进行模拟,结合实验数据验证模型正确性,结果表明：经蓄热后土壤温度从初始的15.8 ℃上升至16.4 ℃。蓄热期间,采用多目标优化法得到空气源热泵蓄热系统全天运行时最优工况：循环水泵总流量为100 m3/h、空气源热泵总额定制热量为723.7 kW,在此工况下土壤目标温升为3.0 ℃时,系统能耗为474 820.0 kWh,增加的蓄热运行费用为3.96元/m2。与传统热源燃煤、燃气、热电联产蓄热方式相比,空气源热泵蓄热系统的能源与环境效益显著。     

余热回收的污水源热泵系统

城市污水具有流量和平均温差波动不大特点。冬季污水管道内平均温度高于外界环境温度,夏季污水管道内平均温度低于外界环境温度。基于上述特点,设计了用于污水余热回收的热泵-污水耦合系统。考虑到臭氧层破坏 ODP和温室效应GWP,分别开发了带节流阀和带膨胀机的环保制冷剂 R744、R134a 和 R1234yf的污水源热泵系统平台并进行了性能分析。为实现中低温余热回收进而提高热泵性能提供资料。     

一种带中间换热器的双热源高温热泵系统

为了提高工业高温热泵系统的热力性能,实现对工业低温余热的高效综合回收,提出了一种带中间换热器的双热源高温热泵系统。第一级热泵以CO2为工质、以空气为热源,在超临界状态下将冷水加热到中间温度。第二级热泵以R152a(二氟乙烷)作为工质,从工业余热源吸收热量,将用水加热到所需的高温,并且在中间换热器中将CO2加热到过热状态。对该双热源热泵系统进行热力学分析,发现给定R152a在中间换热器温降的情况下,CO2存在最大的过热度,使得整个系统达到最佳运行工况。以回收50℃废水余热为例与单热源热泵进行比较,平均供水量是后者的两倍多,单位质量热水的耗功量减少43.2%,性能系数和火用效率分别平均提高41.9%和23.96%。     

太阳能—土壤源复合热泵的研究进展

介绍了太阳能—土壤源复合热泵的工作原理和技术特点,比较了不同太阳能—土壤源复合热泵的系统组成及其性能指标,提出了当前复合热泵所存在的问题与相关建议,并对其发展前景做了展望.     

地源热泵地埋管换热器换热量的测试

分析了在设计阶段和实际运行阶段地源热泵地埋管换热器换热量的测试原理、换热量计算方法,测试注意事项、系统误差控制方法,并且对实际工程运行阶段地源热泵地埋管换热器换热量进行测量、数据分析。最后,通过试验表明,地埋管挟热器换热量的测试方法是正确可行的。     

水化热对地源热泵地埋管夏季换热效果的影响

通过数值模拟与现场实测地温的变化,研究了水泥水化热对地埋管周围地温的影响;通过理论分析、现场实测地埋管换热能力以及数值模拟研究了地埋管周围地温变化对地埋管夏季工况换热效果的影响.对上海自然博物馆地埋管系统的研究表明:在地源热泵投入使用时,地下室底板以下约10m处的地温受水泥水化热影响最大,距离地下连续墙2.85m处地温的平均升高为2.2℃;地埋管夏季工况的换热量随初始地温的升高而线性减小,地埋管周围地温每升高1℃,将使地埋管夏季工况的换热量减小5%以上;地源热泵系统由夏季工况作为首次投入使用时应对距离地下连续墙13m以内地埋管采取相应措施,以保证换热系统高效运行.     

热源塔结构特性对其换热性能的实验与分析

利用搭建的开式热源塔实验平台进行实验,从塔身设置和进口参数两方面对热源塔换热性能进行分析。塔身设置包括：喷嘴位置、进风口位置及有无填料层。进口参数包括：室外空气温度、溶液进口温度及截面风速。实验结果证明热源塔下进风时的吸热效率优于上进风,其中无填料上喷下进风式换热性能最优;填料层可以促进气液之间的热质交换,但进风阻力变大,热源塔能耗比降低。对于进口运行参数,在下进风工况下,当风速增大时,热源塔的吸热效率均得到提升,但风速过大,吸热效率仅有微小提高,且塔身能耗比下降较快;溶液进口温度升高,热源塔的吸热效率提高幅度在30.1%~34.6%之间,进出口溶液温差降低了0.9 ℃~1.2 ℃;室外空气温度升高热源塔的进出口溶液温差明显增大,但吸热效率降低。