套管式地埋管换热器设计计算方法

 以线热源理论为基础建立套管式地埋管换热器换热的简化模型,给出基于热响应试验的套管式换热器设计计算方法。以湖南省韶山市一实际工程为实例对钻孔现场进行测试,采用该方法可计算出其综合导热系数和钻孔内总热阻。同时对该工程的另一钻孔进行双U测试及计算,以此作对比分析。考察两组测试在综合导热系数、钻孔内总热阻、换热温差和换热量上的内在联系。计算结果和测试结果表明,该计算方法在套管式换热器设计上具有适用性,避开了钻孔内层层热阻的复杂计算,简化了计算过程,可为实际工程提供计算参考。     

人工冻土温度场模型试验及冻土导热系数反分析

掌握人工冻土温度场的相关物理力学性质对冻结法施工意义重大,导热系数是计算人工冻土温度场的关键参数。采用人工冻土冻结试验平台进行人工冻土温度场试验,在模型土体的不同深度、不同平面位置布置热电耦测量温度的实时发展规律。通过数值法模拟人工冻土冻结温度场模型试验,对比分析不同点温度监测值和模拟值的关系,再以反分析方法为基础,利用最小二乘法准则将数值计算得到的测温点计算温度与实测温度进行对比分析,然后在准则函数计算范围内,用数值逼近原理,得到最优导热系数。最后,将最优导热系数的模拟温度和实测温度进行对比,验证得到的等效导热系数具有准确性。     

分布式温度感测技术在金坛地区地层导热性能评价中的应用

为了确定常州市金坛地区地下热物性系数,为浅层地热能的开发提供理论依据,基于线热源理论将分布式温度感测技术(distributed temperature sensing,DTS)与现场热响应技术(thermal response test,TRT)相结合,利用分布式热响应试验(dis-tributed thermal response test,DTRT)及主动加热光纤的热响应试验(active heating optical fiber thermal response test,ATRT),对该地区不同深度地层的导热系数进行了监测计算和分析评价,并比较了不同技术的监测结果.试验结果表明:基于DTS技术的DTRT相比于传统TRT,可以实现各土层导热系数的分布式测试;ATRT计算得出的各层导热系数分布趋势与DTRT趋势大体相同,证明了将ATRT应用到导热系数的测试中的可行性.并且,相比TRT和DTRT,ATRT耗时更短耗能更低的优势,这也使得ATRT技术在地温场监测中具有较大的潜力.     

不同温度下固井水泥导热系数的研究

为研究不同温度下固井水泥石传热能力的变化规律,使用平板热流计法测试了不同温度下纯水泥和空心玻璃微珠水泥的导热系数;同时,通过模型拟合,确定了测试温度与导热系数间的数值关系。结果表明,随着热采时间的延长,固井水泥石两侧温度同时增加,且变化幅度较大;水泥石导热系数与孔隙度呈线性关系,孔隙度越大,测试温度对导热系数影响越小。测试温度对不同水灰比的纯水泥和空心玻璃微珠水泥影响规律相同,热板和冷板温度的提高均能增大导热系数,但冷板温度变化对导热系数的影响显著强于热板温度;平均温度一定时,冷板温度越高导热系数越大;水泥石导热系数与测试温度的数值关系均可用Parabola2D模型来计算。研究成果可为地热井热损失的精确计算和井口水温的精准预测提供一定借鉴。     

煤层气化上覆岩层温度场分布规律研究

由于温度对岩石的影响作用,高温下岩体的物理力学性能及破坏规律与常温下岩体的大不相同;通过对气化炉上覆岩层岩石导热系数试验,取得了不同温度下岩石的导热系数及规律方程,采用comsol多物理场耦合软件进行传热数值计算。研究表明:岩石的导热系数随温度增加呈下降趋势,随岩性不同下降的速度基本相同;在不同的温度下,各岩性的导热系数有一定的差异。通过模拟软件的分析得到了煤层气化上覆岩层温度分布随高度方向变化的规律,温度下降梯度随岩性不同而不同。这一结果为进一步研究煤炭地下气化上覆岩层强度变化及破坏规律提供了理论指导。     

煤岩导热特性实验及其对围岩温度场影响

为研究煤和岩石的导热特性对围岩温度场的影响,选取多个矿井的煤、岩样品,采用LFA457型激光导热系数测试仪测定不同温度下煤和岩石的热物理参数.根据实验得到的煤岩热物理参数,采用数值模拟的方法研究围岩热物理参数对围岩温度场的影响规律.研究结果表明:煤的热扩散系数和导热系数远小于岩石的热扩散系数和导热系数,而煤的比热容普遍高于岩石的比热容;煤和岩石的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高而呈幂函数关系减小,而其比热容随着温度的升高呈线性增加.围岩热物理参数不同时,调热圈半径与围岩热扩散系数呈幂指数关系递增,壁面与风流温差随蓄热系数增加而线性增大.     

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。     

内蒙古西部超低能耗草原民居相变墙体调温节能性研究

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相变材料层厚度、对流换热系数和相变潜热对内壁面温度响应和节能性的影响。结果表明:不同墙体材质的导热系数影响墙体热性能,随着导热系数减小,温度衰减倍数增加,内壁面热稳定性提升;随着相变层厚度的增加,墙体保温性能不断增强;墙体内壁面温度波幅随对流换热系数的增大而增加;随着相变潜热的增大,对提升冬季室内热环境和减少采暖能耗方面有一定作用,但其效果有限。研究结果为内蒙古西部草原民居非透明围护结构的节能设计提供参考依据。     

能源桩热响应测试的模拟及适用性评价

该文旨在分析基于钻孔埋管换热器的热响应测试(thermal response tests,TRT)测试用于桩基埋管换热器时的通用性与局限性。首先选用不同的分析模型进行温度响应的计算与比较,并选用包含流体对流换热的有限元模型(FEM),模拟了不同桩径、不同埋管形式以及不同加热功率的能源桩TRT。计算表明:用于钻孔埋管的TRT测试同样适用于能源桩,但随着桩径的增大,测试所需的最短时间变长;桩内埋管数量的增加和加热功率的提高也不能缩短测试时间。通过模拟北京CFG(cement fly-ash gravel)桩的TRT测试,有限元模型得到了验证。该试验表明:能源桩TRT测试的加热功率不宜过大。对直径大于400 mm的能源桩,TRT测试时长100h,测试条件不易保证,建议采用原位钻孔取样后实验室测试的方法获取岩土热物性参数。     

基于遗传算法的岩土及填料热物性参数评估

岩土及填料的热物性参数可直接影响地埋管换热器的性能设计.针对现场热响应测试中填料热物性参数需要预先测量,而无法通过计算直接评估的难题,在无限长线热源模型及管壁热阻修正复合介质线热源模型的基础上,应用遗传算法对岩土及填料的热物性参数同时进行评估,并结合热响应测试实验,验证了该方法的准确性.钻孔热阻、岩土导热系数和填料导热系数的评估值与实测值的相对误差分别为3.47%,1.42%和4.93%.2种模型计算所得流体平均温度与实测值的均方根误差分别为0.050 5℃和0.172℃.研究结果对地埋管换热器的设计具有重要参考价值.     

动力电池组汇流排热电耦合数值计算与实验研究

以某电动汽车动力电池模组汇流排为研究对象,提取汇流排的三维数模、工况边界条件以及与电池单体的连接关系,采用热电耦合数值计算方法研究电流大小、对流换热系数以及焊接工艺对汇流排温升的影响规律.为保证数值计算的准确性,采用动力电池组综合测试系统对指定的不同工况进行温升试验测试,试验测试工况条件与数值计算中的边界设置保持一致.研究表明,网格离散、边界条件、电流大小、对流换热系数以及极耳焊接工艺都会对汇流排的温升产生不同程度的影响.针对个别工况下数值计算与试验测试结果误差较大的情况，详细分析误差产生的原因,深入研究因素之间的关联性以及对误差的影响规律,进而对数值计算模型进行修正.最后,设定新工况再次对汇流排进行数值计算和试验测试,运用因素的关联性和对误差的影响规律,数值计算与试验测试结果的误差不超过3.7%.     

土壤热工性能测试及应用分析

介绍了土壤导热系数在温度为稳态情况下的一种测量方法,通过对两种不同物性岩石导热系数的测量,确定了影响岩石导热系数的因素.减少了测试参量,简化了测试的准备工作和测试装置,是一种简易可行的、适用范围较广的、成本较低的导热系数测量方法,为地下工程设计和施工参数的确定提供了一种新的依据.     

进口段对流换热对高温换热设备管口区温度场的影响

应用数值分析方法研究了圆管进口段对流换热对高温换热设备管口区温度场和材料最高温度的影响。针对4个不同的对流换热系数计算式进行了数值模拟,结果表明:对管口的热保护而言,这种影响不可忽略;采用计入了进口段效应的平均对流换热系数进行管口热设计是合理和安全的。     

岩土热响应试验不确定性研究及敏感性分析

针对岩土热响应试验数据处理中的不确定性问题,开发了柱热源传热模型数值反演解与信赖域反射优化算法相结合的地下岩土热物性参数估计程序.该程序能够有效地避免求解过程陷入局部最优解,并为后续不确定性研究提供底层模型.对地埋管进出水温度、热传输功率、地下原始温度等模型输入参数的不确定性通过查阅文献、理论思考和基于专业经验的假设进行合理量化,采用Monte Carlo方法进行模拟,将热响应试验的模型输入参数不确定性传播到输出参数评估结果中,得到了地下岩土导热系数与钻孔热阻之间的二元联合分布,并使用Copula函数进行复现.最后对传热模型中影响温度输出的可变参数进行Lasso敏感性分析,证明导热系数与热阻的影响最大.     

钢筋混凝土烟囱基础温度场数值分析及简化计算方法

采用均匀设计法,选取烟囱基础的24组不同几何参数及物性参数,建立了烟囱基础的有限元分析模型,分析了烟囱基础温度场的分布情况.数值模拟结果与试验结果相比较表明模拟结果是正确的.并对基础内壁最高温度进行了多元线性回归,得到了基础内壁最高温在烟气温度、由内壁内表面计算的基础内径、基础内衬内表面计算的基础环壁埋深、隔热层厚度、隔热层导热系数、土层导热系数等6个因素影响下的拟合特性,为烟囱基础温度场的计算提供了一个简单可行的方法.     

瞬态热线法导热系数测试中的自然对流影响

基于瞬态热线法导热系数测试原理,试验测量了微细金属丝(Φ=0.06 mm)水平、垂直放置时的空气加热过程,获得了不同加热功率下的空气导热系数。采用了考虑自然对流影响的空气导热系数估算法,对估算法与瞬态热线法计算的导热系数进行对比分析。分析结果表明:金属丝水平放置时两种方法的计算值吻合度好,但与空气导热系数的标准值差别较大。当加热功率较小,垂直放置时两种方法的计算值偏差稍大,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较高;而加热功率较大时,两种方法的计算值偏差较小,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较低。通过微细金属丝表面自然对流换热强度的理论分析,认为随着金属丝表面温度的升高,水平加热普遍大于垂直加热时的自然对流换热系数,瞬态热线法计算导热系数时,会受到微细金属丝加热表面自然对流换热强度的影响。     

秸秆纤维复合墙体的湿热耦合特性及热爆机理

通过非稳态热流法和PCK实验装置测定秸秆纤维复合墙体的基本热物理量,研究了温度对秸秆纤维复合墙体的热传导和湿迁移特性的影响,并得到了导热系数、湿迁移系数与温度的简化关系式.考虑秸秆纤维增强水泥非均匀的材料特性,建立了秸秆纤维复合墙体在火灾条件下的一维湿热耦合数值分析模型,实现了材料试件由裂纹萌生、扩展到贯通的全过程数值模拟.对比不同时刻材料试件的温度分布、压力分布和裂纹深度,研究了各试件的峰值强度、裂纹深度和爆裂特性.对不同含水率的秸秆纤维复合墙体进行受热后的现场测试,验证材料的热爆性能及数值分析结果,结果表明:两者基本一致,且湿迁移系数越大,压力峰值越大,材料越不易爆裂.     

现场测定土壤导热系数的影响因素分析

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.利用土壤导热系数的热响应测试原理,分析了现场测定土壤导热系数的影响因素.结果表明:在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口温度及模拟季节都会影响测试结果的准确性.     

大温差测试条件下热防护材料高温导热系数试验方法

热防护材料高温导热系数是进行高超声速飞行器设计不可或缺的参数。通过热防护材料导热系数理论分析以及传统稳态法试验原理数学推导,说明了热防护材料导热系数物理本质。探讨了试验温差对热防护材料导热系数测试的重要性和传统稳态法在测试热防护材料高温导热系数时的技术局限性。基于热防护材料内部温度分层特征以及导热系数-温度非线性关系函数形式直接假设,提出并分析证明了两种适用于大温差测试条件的热防护材料高温导热系数试验方法。对热防护材料高温导热系数获取有重要的参考价值。     

避难硐室温度计算模型及影响因素

针对避难硐室等井下密闭空间内温升问题,以热力学方程为基础,建立受围岩传热、内部产热影响下的避难硐室温度计算模型,采用Matlab迭代计算得到硐室内温度变化曲线,实验验证其合理性并对计算模型进行修正;利用修正的计算模型对巷道壁面温度、岩石导热系数、原岩温度、调温圈半径等影响因子进行正交实验分析,并对壁面温度和导热系数这2个因素的影响效果进行进一步分析。研究结果表明:各因素影响程度由大到小顺序为壁面温度、岩石导热系数、原岩温度、调温圈半径。