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.     

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。     

基于TRNSYS的双U型垂直埋管换热器的模拟分析

以长沙市某一实际工程的双U型垂直埋管换热器为研究对象,利用TRNSYS建立了地埋管的仿真模型,通过仿真模型及正交试验设计方法研究夏季影响埋管周围土壤平均温度的因素,并分析了这些因素的影响程度.结果表明:钻井深度、钻井间距、钻井数量及回填材料导热系数对土壤平均温度有不同程度的影响,其中钻井间距的影响尤为明显.最佳钻井间距应为4~5m,回填材料最佳导热系数为1.7~2.1 W/(m·K),钻井最佳深度为60~100m.     

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.     

日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

地热浅埋孔回填材料中砂粒结构对导热系数的影响

地热浅埋孔回填材料的导热系数是影响地埋管换热器取热性能的关键因素之一。目前以一定配比的砂粒骨料与水泥、粘土、石英等的混合材料最常见,而材料中颗粒的结构形态是影响回填材料导热系数的关键因素之一。本文以回填材料中砂粒骨料为研究对象,从结构特征出发,探究内部颗粒级配及磨圆度对回填材料导热系数的影响。利用所开发的基于孔隙率的二维导热系数计算模型及三维热阻模型,定量研究不同固相导热系数、不同颗粒物粒级配及不同棱角磨圆度下,材料导热系数的变化规律。结果表明,在颗粒级配和磨圆度不变的情况下,材料整体的导热系数随固相导热系数的增加而增加。同一材料不同尺寸粒径间的差别较大时更易获得更高的整体有效导热系数,且粒径不同所造成的回填材料有效导热系数差别会随着固体导热系数的增大而变得更为显著。而磨圆度不同所造成的有效导热系数差异会随固体导热系数的增大而变得更为显著。颗粒磨圆度很高（球体）或很低（锥体）时,同样固相导热系数下材料的有效导热系数较小。本研究所得理论结果可以为回填材料的优选配置提供依据,有助于提高地埋管换热器的取热效率及地热能利用效率。     

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.     

地埋管管群换热器温度场影响因素的模拟研究

目的研究不同影响因素下地埋管管群换热后土壤温度场的变化,为实际工程地埋管设计提供理论依据.方法通过Gambit建立地埋管管群模型,在Fluent中设置不同的参数,模拟地源热泵运行一年土壤温度变化情况.结果回填材料的导热系数分别为1.6 W/(m·K)、2.0 W/(m·K)、2.4 W/(m·K)时,一年后土壤温度的加权平值分别为15.114℃、15.137℃、15.134℃;顺排和叉排排列方式下,一年后土壤温度加权平均值分别为15.13℃和15.12℃;渗流速度分别为1.0×10-6m/s、2.0×10-6m/s、3.0×10-6m/s时,一年后土壤温度的加权平均值分别为15.900℃、15.988℃、15.993℃;孔隙率分别为0.232、0.332、0.432时,一年后土壤温度的加权平均值分别为15.017℃、15.027℃、15.08℃.结论回填材料的导热系数不宜大于土壤的导热系数,叉排方式下的换热效果优于顺排,地下水渗流速度越大,越利于土壤温度的恢复,孔隙率较大时,土壤温度变化波动较小.     

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...     

双U型埋管换热器换热影响因素分析

对地源热泵垂直单孔双U型埋管换热器的单孔回填材料、管内流量、进口温度等因素对换热效果的影响进行研究.对搭建实验台的测试数据进行分析,得到了在该测试工况下最佳流量约为1.01m3/h,并对比中粗砂与原土的热导率,得出在导热率增大45%时,其单位井深换热量增大了25%,同时经过数据和设备综合考虑分析得出了机组循环液的出口温度不宜太高,在约35.6℃达到实验最佳值的结果.     

热管余热回收装置传热特性的模拟研究

为分析热管余热回收装置的运行特性,利用计算流体力学软件对装置进行了数值模拟,对热管换热器在不同结构形式(改变管排数、改变管间距)和不同入口参数(改变烟气的进口速度)时的换热过程进行模拟,获得不同情况下预热空气的温度,得出余热回收装置的最佳运行条件.模拟结果表明4排热管布置时换热效果优于5排,烟气进口速度增大时换热效果也会增强.     

新型重力热管换热器传热性能的实验研究

基于常规重力热管换热器难以安装翅片结构以强化管外换热,提出一种新型结构形式的重力热管换热器,该热管由一些并排的矩形通道而不是通常的圆管组成。并建立实验测试平台,进行一系列对比实验,重点分析加热功率、工质充液率、倾角及冷凝段风速对其运行热阻的影响。研究结果表明:加热功率对热管的运行性能有重要影响;当工质充液率约为20%时,热管换热器具有最小运行热阻;在最佳充液率为20%和加热功率为360 W时,运行热阻随倾角的增加有减小趋势,但当加热功率较大时,倾角对热管换热器的运行热阻影响不大;随着冷凝端风速的增加,热管换热器的运行热阻不断减小。     

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.     

Poleward heat transport by the atmospheric heat engine

The atmospheric heat transport on Earth from the Equator to the poles is largely carried out by the mid-latitude storms. However, there is no satisfactory theory to describe this fundamental feature of the Earth's climate. Previous studies have characterized the poleward heat transport as a diffusion by eddies of specified horizontal length and velocity scales, but there is little agreement as to what those scales should be. Here we propose instead to regard the baroclinic zone--the zone of strong temperature gradients and active eddies--as a heat engine which generates eddy kinetic energy by transporting heat from a warmer to a colder region. This view leads to a new velocity scale, which we have tested along with previously proposed length and velocity scales, using numerical climate simulations in which the eddy properties have been varied by changing forcing and boundary conditions. The experiments show that the eddy velocity varies in accordance with the new scale, while the size of the eddies varies with the well-known Rhines beta-scale. Our results not only give new insight into atmospheric eddy heat transport, but also allow simple estimates of the intensities of mid-latitude storms, which have hitherto only been possible with expensive general circulation models.     

地源热泵埋管换热器传热模型的研究进展

分析了国内外地源热泵埋管换热器的传热模型,指出了目前尚存在的问题,提出建立考虑地下水运动影响的更完善的传热模型,这对地源热泵技术在我国南方富水土壤地区的有效推广和应用有着极为重要的意义.     

新型重力热管换热器传热特性的数值模拟

提出新型结构形式的重力热管换热器,通过合理简化,建立单根竖直管道的稳态传热物理模型,分别对冷凝段、绝热段和蒸发段建立相应的稳态传热数学模型,应用等热流密度边界条件并通过工程方程求解器(EES)进行了数值计算.计算结果表明:运行热阻计算值总体波动不大,计算结果不能很好地反应充液率对运行热阻的影响;液膜厚度随加热功率增大而增加;液池高度随充液率的增加而增加;充液率较小时,较低加热功率对应的液池高度大于较高加热功率对应的液池高度,充液率较大时,小加热功率对应的液池高度反而低于大加热功率对应的液池高度.     

采集凝固热热泵系统连续取热的参数条件分析

针对环境水源现状,提出采集凝固热热泵系统为建筑物供热的新思路.凝固换热器是该系统的关键设备之一,在介绍凝固换热器原理的基础上,对连续提取凝固热的参数条件及流动阻力问题进行了分析,所得结论将为该热泵系统的研究提供有益参考.     

管式换热器在混合气体余热回收中的传热优化

为了研究高温混合气体在管式换热器中的传热特性,基于k-ε湍流模型、传热理论和Maxwell-Stefan扩散理论建立三维稳态数值模型,分析物质扩散条件对换热器温度场分布的影响。对换热器进行参数化分析,如冷热流体入口温度、速度,并从?的角度探究换热器的热传递效率。研究发现,物质扩散改变了混合气体中各组分的分布,使在传热中占主导地位的氢气发生回流扩散,反复换热,消耗高温流体热量,降低了换热器的传热性能,与未考虑物质扩散因素相比,等效传热系数从16.564 W/(m~2·K)降为15.955 W/(m~2·K),且在一定的工况参数范围内,换热器的效率在10%～30%之间,冷却效果明显。     

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.