有渗流地埋管传热模型及快速算法

考虑地下水渗流的地埋管传热模型能更精确地描述地埋管换热的实际工况,现有的考虑渗流的地埋管传热解析模型计算繁琐耗时.提出了计算速度更快的g-函数解析解,并利用该解析解进行模拟分析.结果表明,新的解析解在保证合理计算精度的同时,计算速度有了显著提高,钻孔壁中点温度g-函数较积分平均温度g-函数计算值偏大.在阶跃热流作用下,地下水渗流能显著改善地埋管换热工况.多钻孔埋管布置方式对钻孔域温度场有较大影响.     

地源热泵竖直埋管数值线源综合模型

为了在保证计算精度的基础上提高地源热泵换热器传热模型的计算速度,基于对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,探讨了数值模拟和有限长线热源模型求解的特点,提出了数值计算与有限长线热源综合模型(数值线源综合模型).模拟结果表明:该模型与其他同类模型相比,避免了在替代半径以外区域用数值方法的反复迭代求解,从而在保证精度的条件下,可以快速模拟地下温度响应,尤其对于春秋季长期停机后土壤温度变化的模拟,能够迅速求出土壤温度恢复情况.文中还给出了一般情况下综合模型中替代半径的取值.     

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。     

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。     

能源桩全生命周期热响应半径简化计算方法

根据工程中群桩埋管换热器状况,采用叠加原理计算群桩埋管的桩壁温度,定义能源桩埋管换热器的热响应半径为周围其他桩引起的过余温度影响系数≤5%时相邻桩中心线之间的垂直距离;在大量计算分析的基础上,采用最小二乘法拟合出单工况荷载作用下能源桩埋管换热器热响应半径计算公式;考虑到实际能源桩工程系统运行时每延米换热功率是关于时间的函数,建立动态负荷作用下能源桩三维传热数值模型,分析不同荷载分布形式、峰值负荷、运行时间以及全生命周期对能源桩热响应半径的影响。研究结果表明:在单桩、单排桩、双排桩和多排桩布置状况下,本文拟合公式的热响应半径计算结果与无限长线热源模型解析解之间的最大相对误差分别为4.62%,4.45%,3.77%和3.32%,说明该方法具有较高的计算精度,符合工程要求;荷载分布形式以及峰值负荷仅影响桩周岩土体中过余温度及其梯度,桩周岩土体热扩散系数及运行时间影响温度传递范围;根据工程中最常见的多排桩布置方式,得到不同桩径和不同岩土体热扩散系数条件下能源桩热响应半径随时间的变化关系,可为工程应用提供参考。     

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.     

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4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...     

水平地埋管土壤初始温度确定方法的实例分析

现场热响应试验是获取水平地埋管地源热泵换热器设计参数—土壤初始温度的常用方法,但由于现场热响应试验受时间、资金等条件所限,不能测得全年浅层土壤初始温度的变化情况。本文以杭州某水平地埋管地源热泵工程为例,通过理论分析计算其土壤初始温度,并用现场热响应试验成果验证,结果表明理论计算结果与现场热响应试验成果几乎相同,并通过理论计算获得了全年土壤初始温度的变化情况。     

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.