热响应测试在土壤热交换器设计中的应用

分析了土壤热交换器系统的影响因素以及设计与施工中存在的问题,介绍了自主研制的移动式地源热响应测试装置原理与构成。针对天津市某地源热泵项目,阐述了热响应测试的方法与步骤,得到了项目所在地的无干扰地温以及地埋管系统的供回水温度响应曲线。利用线源理论,得到了地埋管换热器钻孔的导热系数及热阻,分析了测试装置与环境的热损失和热增益、测试时间、供电稳定性、无干扰地温、不同深度土壤热导率的变化以及地下水流动对热响应测试造成的影响。测试结论对于指导土壤热交换器设计与施工具有一定的参考价值。     

地埋管换热器布置形式对土壤平均温度的影响

在使用土壤源热泵的系统中,因地埋管布置形式的不同,土壤源热泵系统对地下温度场的影响也不同。结合Fluent与TRNSYS模拟软件,在排除管群之间热作用影响的条件下,从钻孔间距、钻孔数量、钻孔深度这些影响因素出发,研究土壤源热泵系统运行1a后土壤温度场的分布情况。结果表明:改变钻孔间距对土壤平均温度的影响要大于改变钻孔数量以及钻孔深度。     

集群地埋管换热器的传热分析

地源热泵技术在我国的应用绝大部分为竖埋管系统。地热换热器长期运行时,各个钻孔的换热会受到周围钻孔的影响,产生热干扰现象。基于有限长线热源模型以及地热换热器土壤温度计算程序,通过Mtatlab绘制出集群土壤温度分布云图。着重研究冬夏季负荷平衡时不同工况下的集群竖埋管土壤温度的简化计算方法。以无渗流矩阵形式布置的地下管群为例,采用埋管矩阵代替原地下管群进行传热分析。通过分析比较,认为在确定地质条件、埋管几何参数、负荷及运行条件等相同情况下,可以通过单根埋管的传热影响半径确定集群埋管传热矩阵,从而代替原集群埋管进行传热分析。     

现场测试地下岩土平均热物性参数方法

平均热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响,进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的平均热物性参数,利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化,使用自行开发的软件,采用参数估计方法,计算并确定了地下岩土的平均热物性参数。     

基于TRNSYS的严寒地区土壤源热泵系统性能研究

研究严寒地区土壤源热泵系统的运行特性,旨在提高土壤源热泵系统运行效率,保证土壤源热泵系统持续高效稳定的运行。利用TRNSYS软件搭建土壤源热泵系统模型,对土壤源热泵系统进行了30年的运行分析,分析影响系统热平衡的主要因素,并研究埋管间距、埋管深度等因素对土壤温度变化的影响。结果表明,在严寒地区,建筑累计负荷是影响系统热平衡的主要因素,当建筑累计热负荷与建筑累计冷负荷达到一定比值时,系统将达到热平衡状态。钻孔间距、钻孔深度对土壤温度变化有一定影响,增大钻孔间距、增加钻孔深度可以减少土壤温度变化幅度。     

温湿独立控制地源热泵的热堆积缓解及能耗分析

针对温湿独立控制的地源热泵系统,综合考虑能效比、占地面积和能耗,研究钻孔间距及逆工况运行对土壤热不平衡的影响及缓解。利用Trnsys建立温湿独立控制地源热泵系统模型,计算分析机组运行10年后逆工况不同时长、不同时段对埋管周围土壤平均温度、COP以及能耗的影响。在最佳逆工况时段下考虑钻孔间距对普通地源热泵系统以及温湿独立控制的地源热泵系统参数的影响。对比分析结果表明:温湿独立控制地源热泵系统的4m～5m较小钻孔间距可以达到普通地源热泵系统6m较大钻孔间距的热缓解能力,且小间距下最高温升仅为1.648℃,同时能耗更低,最高可降低25 226kWh。     

热渗耦合下的地埋管换热器管群排列方法研究

为了确定地源热泵工程中地埋管换热器管群的最优排列方法和管间距,建立了热渗耦合下的地埋管换热器管群三维传热模型。利用Fluent软件通过数值方法模拟了不同排列方法、不同管间距下的换热器出水口温度,着重研究了存在地下水渗流时管群排列方法对换热能力的影响,并且提出了管群单位面积换热量这一评价指标。研究结果表明,叉排管群的换热能力要高于顺排管群,地下水的渗流作用使之更加明显。无论是叉排还是顺排,管群的换热能力都和地下水渗流方向密切相关。     

多回超高压交流输电线路平行架设时的无线电干扰特性研究

为分析多回超高压交流输电线路平行架设区域的无线电干扰分布特征,建立500kV单回与同塔双回超高压交流线路平行架设时的有限元模型,利用激发函数法分析不同线路间距、对地高度以及相序排列下平行架设区域无线电干扰分布特征,并通过实例验证了模型的有效性。结果表明,线路间距减小会使无线电干扰高场强区域减小,但幅值会有一定提高;增大对地高度会使无线电干扰场强幅值减小,但衰减速度会变慢,边相外20m处的场强值也有所增加;改变导线相序排列对输电走廊中部区域场强分布有一定影响;模型可较准确反映实际无线电干扰分布特征。     

多回超/特高压交流输电线路交叉跨越情况下无线电干扰特性研究

鉴于我国特高压交流线路跨越超高压交流线路架设的情况越来越普遍,电晕放电引起的无线电干扰问题已成为线路导线选型和杆塔结构优化设计的重要考虑因素之一,建立了输电线路无线电干扰特性仿真计算模型,利用模态传播原理获取电晕放电电流在导线上的分布特性,获得了不同路径上的无线电干扰分布情况,通过测量河南省南阳市境内实际运行中的一条1 000kV特高压交流输电线路跨越500kV超高压交流输电线路的无线电干扰特性验证了所建模型的有效性,进而建模分析了线路不同对地高度、交叉角度等对无线电干扰特性的影响规律。结果表明,增加线路对地距离可有效减少场强幅值,但衰减速度会减慢;增大交叉角度可减小场强幅值,增大衰减速度,使边相外20m场强值有所增加。     

三维填充床内换热及热回流机理研究

利用计算流体力学（CFD）对顺序排列多孔介质小球的三维填充床进行数值模拟。研究填充床内位置及空气流速变化对温度分布、努塞尔数影响,并对多孔介质小球的热回流特性进行分析,揭示填充床内传热机理。结果表明：相比于气-固两相交替存在处,与小球相切处的热的非平衡性更强。最高温度上游的换热强度与下游相比更强烈;当流速增加时,上游的对流换热作用增强,下游变化不大。在热回流过程中,在入口区域对流换热占主导地位,导热和辐射换热作用较弱;在主流场区域,导热占主导地位,其次是辐射换热,对流换热作用最弱。     

基于元体能量平衡法的垂直U型埋管换热特性的研究

基于元体能量平衡法建立了垂直U型埋管的传热模型,模型考虑了流体温度的沿程变化,并通过引入热干扰角与等效传热间距反映两管脚间的热干扰问题,使之更符合实际的传热情况。通过所建模型对U型埋管的换热特性进行了数值模拟,结果表明:增加土壤与回填物导热系数、管脚间距、管内流体流量及减小管脚热干扰角与进口流体温度(供热工况下)均可以增强埋管的换热效果,其中土壤导热性影响最为显著。但回填物导热系数不可无限制增大,其大小还要考虑对增强管脚间热干扰的影响及其与管脚间距的相互关联性。同时,流量的增加要考虑对流动阻力增加的限制,可以采用变流量设计来进行调节与优化。此外,为了充分发挥地源热泵的能效,实际设计应该考虑埋管、热泵及负荷三者间的相互匹配性。     

余热回收用热管及热管式换热器的研究

简要介绍了热管及热管式换热器的工作原理,热管式换热器在工业余热回收中的应用,以及热管式换热器运行过程中防止积灰和低温腐蚀等问题的有效措施。     

柴油机余热冷却系统对缸套热应力的影响研究

为研究余热冷却系统的使用可能对缸套造成的风险,建立了缸套有限元分析模型,对缸套温度场进行稳态仿真分析,并通过试验验证了模型的准确性。在稳态计算的基础上对缸套进行瞬态热应力仿真分析,结果表明:余热冷却系统运行时,缸套的热应力迅速降低,最大热应力远小于缸套材料的极限强度。该冷却系统对柴油机缸套而言是安全的。     

阶跃热流加热下两接触平板间的非Fourier传热研究

建立两接触平板在阶跃热流加热下的非Fourier导热模型,研究了两平板间的接触热阻及平板的导热系数、导温系数、松弛时间对非Fourier传热过程的影响,指出各平板内热波的传递具有反射性、波幅衰减性和瞬时性的特点。     

板壳式换热器金属腐蚀原因分析

介绍了300MW燃气-蒸汽轮机联合循环机组加热系统焊接型板壳式换热器的结构和运行情况,针对波纹换热板焊缝开裂及腐蚀问题,对换热板材质作了判断,确认为316L不锈钢;从裂纹分布及裂纹起源着手,对裂纹和撕裂部位进行了微观形貌观察和金属元素分析。分析认为在现有工作温度和氯离子含量等条件下,换热板应力腐蚀开裂的风险较小。换热器泄漏的主要原因是焊缝腐蚀和热应力相对集中。     

中深层同轴换热器充填材料热性能研究

地热能作为分布广、储量大的可再生能源,在节能减排和促进碳中和方面具有重要作用。同轴换热器在开采中深层岩土体热量方面优势明显,可以进行无干扰式“取热不取水”开发。作为换热器与地层岩土体的传热媒介,充填材料对热性能的影响至关重要。采用数值模拟方法分析5种充填材料对流体温度、岩土体温度和作用范围的影响。结果表明,充填材料水的热阻是细砂-膨润土的1.5倍;采用高导热的充填材料（细砂-膨润土）后,出口流体温度升高了1.81℃,环空流体随深度增加呈非线性演化;换热器短期（4个月）和长期（20年）运行模式下井底（2 000 m）影响范围分别是深度500 m的1.5倍和7倍;细砂-膨润土作为充填材料的换热器在短期和长期运行模式下,井底影响范围可分别达到5.2 m和36.5 m。     

干式结构地板采暖运行模式的实验研究

探讨分析了一种将热盘管置于封闭夹层空间的干式结构的地板采暖方式。实验测试了不同地面盘管间距、不同室外条件和不同供热工况下，采暖开启时的预热阶段、间歇采暖和连续采暖时地板表面和诸壁面温度分布以及室内热环境变化的规律，为在满足室内热环境条件下，提供节能运行的方式。     

组态王在火电机组热经济性分析系统中的应用

针对大型热力发电厂性能分析系统可移植性较差的现状,介绍了一个新型的通用性强的在线火电机组热经济性分析系统。本系统采用组态王组态软件设计。简述了组态过程,给出了软件结构,将热耗计算程序挂接到该组态软件中,运行良好,结果正确。     

Heat pipe based cold energy storage systems for datacenter energy conservation

In the present paper, design and economics of the novel type of thermal control system for datacenter using heat pipe based cold energy storage has been proposed and discussed. Two types of cold energy storage system namely: ice storage system and cold water storage system are explained and sized for datacenter with heat output capacity of 8800 kW. Basically, the cold energy storage will help to reduce the chiller running time that will save electricity related cost and decrease greenhouse gas emissions resulting from the electricity generation from non-renewable sources. The proposed cold energy storage system can be retrofit or connected in the existing datacenter facilities without major design changes. Out of the two proposed systems, ice based cold energy storage system is mainly recommended for datacenters which are located in very cold locations and therefore can offer long term seasonal storage of cold energy within reasonable cost. One of the potential application domains for ice based cold energy storage system using heat pipes is the emergency backup system for datacenter. Water based cold energy storage system provides more compact size with short term storage (hours to days) and is potential for datacenters located in areas with yearly average temperature below the permissible cooling water temperature (∼25 °C). The aforesaid cold energy storage systems were sized on the basis of metrological conditions in Poughkeepsie, New York. As an outcome of the thermal and cost analysis, water based cold energy storage system with cooling capability to handle 60% of datacenter yearly heat load will provide an optimum system size with minimum payback period of 3.5 years. Water based cold energy storage system using heat pipes can be essentially used as precooler for chiller. Preliminary results obtained from the experimental system to test the capability of heat pipe based cold energy storage system have provided satisfactory outcomes and validated the proposed system concept.     

供热系统散热器的热特性敏感性分析

本文对供热系统中四种重要型式散热器的热特性进行了理论分析。考虑流量和供水温度的关键影响,根据传热学原理和工程实践,定量地并形象地给出了敏感性分析结果。研究表明,和流量的影响相比,供水温度对四种散热器的散热量具有近线性的更显著的敏感影响,而流量增加到一定数值后,敏感性影响明显减弱。比较发现,钢制柱式散热器由于相对不敏感的热特性使之调节性能差,但稳定性能好;M-132型散热器的可调节性最好。本文的研究为供热系统的节能提供了参考。