竖直埋管地热换热器的设计

为优化地热换热器的设计,利用地源热泵地热换热器设计专用软件,结合实际工程,对竖直U型埋管地热换热器设计的不同方案作了比较,对主要影响因素进行了分析,从技术和经济两方面阐明了地热换热器设计时应考虑的主要因素及设计方法。     

竖直U型管地热换热器的准三维传热模型

在地热换热器原有研究工作的基础上,进一步考虑流体工质在钻孔深度方向上的温度分布,分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程,导出了竖直埋管地热换热器效能的解析式。由此,可以抛弃以往简化模型当中的不合理假设,为地热换热器的设计和模拟提供了更加精确合理的理论基础和计算方法。     

地热换热器的传热模型及其分析

讨论了地源热泵的地热换热器的三种传热模型,给出了各自的解析式,并进行了比较,指明了各自的适用范围与条件,指出准三维模型能够提供更准确的数据。     

土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型综述

介绍了土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外的传统的无限长线热源模型,无限长圆柱模型,有限长线热源模型以及改进后的热湿传递的线热源模型,变热流的线热源模型,土壤分层的线热源模型。分析了各种模型之间的联系、区别以及优缺点。提出了完善土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型需进一步研究的内容。     

竖直双U型埋管地热换热器支管间热短路分析

采用地热换热器准三维传热模型和数值计算的方法,对竖直双U型埋管地热换热器支管间的热短路进行了分析,讨论了管间距和回灌材料的导热系数对热短路的影响,并提出了减少热短路的措施。     

地热换热器孔外传热模型研究进展

总结了以往地热换热器孔外的理论传热模型，并将其归为两大类：有限长热源模型和无限长热源模型。在简要对其进行介绍和总结之后，进一步比较了他们之间的差别和联系。指出无限长模型不能适用于地热换热器长时间的传热分析，只能用来分析短时间内非稳态的传热分析。而有限长的传热模型由于考虑了地面作为传热边界对地下传热过程的影响，能够用来分析长时间的传热分析。     

地热换热器U型埋管的传热模型及热阻计算

讨论了地源热泵地热换热器竖直U型埋管钻孔内的二维稳态传热模型。基于钻孔内的温度场的二维解析解，得出钻孔热阻表达式。分析了影响钻孔热阻的几个相关因素，通过与一维简化模型得到的钻孔热阻相比较，认为采用二维模型可以为工程设计提供更准确可靠的热阻数据。     

地源热泵垂直埋管的传热模型及计算

建立了垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型,采用有限差分法建立了垂直U型埋管换热器瞬态传热模型的解析解;并且在不同的工况下进行实验测试,与模拟结果进行了对比,结果表明模拟与实验能较好地吻合,从而使模型的正确性得到了验证。可为地源热泵的设计和运行提供理论指导。     

地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型

对地热换热器竖直埋管的非稳态传热模型进行了分析讨论。采用虚拟热源和格林函数法给出了半无限大介质中有限长线热源产生的非稳态温度场的解析解表达式。与稳态温度场的解进行比较,讨论了温度场达到名义上的“稳态”所需的时间,同时对于达到稳态时的温度场也进行了分析,指出了现行教科书中关于该问题的错误,提出了稳态时两个地热换热器孔壁代表性温度的定义,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式。基于以上分析,进一步讨论了全年冷热负荷不平衡对地热换热器长期性能的影响。     

竖直埋管地热换热器的设计

为优化地热换热器的设计,利用地源热泵换热器设计专用软件,结合实际工程,对竖直U型埋管地热换热器设计的不同方案作了比较,对主要影响因素进行了分析,从技术和经济两方面阐明了地热换热器设计时应考虑的主要因素及设计方法。     

基于线热源理论的垂直U型埋管换热器传热模型的研究

基于经典常热流线热源理论,通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻思想将其发展为能够适用于变热流埋管换热与地源热泵系统模拟的变热流线热源模型,并与改进的经实验与理论验证的圆柱源理论模型进行了比较与分析。结果表明:所发展的变热流线热源模型能够有效地模拟地下埋管的换热过程,可作为地下垂直U埋管换热过程的计算模型,为地源热泵地下埋管换热器的设计计算及地源热泵系统的模拟提供了一种新的简单而又实用的计算方法。     

基于圆柱源理论模型的U型埋管换热器的模拟研究

分析了圆柱热源(热汇)理论模型,运用圆柱源理论对太阳能-土壤源联合运行热泵系统进行连续20d运行的状况进行模拟,得出联合运行模式较单独土壤源运行模式节能8%~10%,可为圆柱源理论模型应用和太阳能-土壤源热泵运行模式的选择提供参考。引入“负荷集合”思想对圆柱热源(热汇)理论模型进行改进,使其适合于对土壤源热泵的全年运行进行模拟,模拟过程更为快捷。     

提高地能利用的强化传热试验研究

以太阳辐射积聚大量能量和冷热良性循环蓄集巨大能量的地下是一个庞大的可再生能源库，也是一项可充分利用的自然能量资源。该文介绍了在地源热泵系统中开展的地下100m和200m竖直井闭式循环传热的研究工作，提出利用地下螺旋芯管束新方法，加强旋流流动，提高地下换热能力。试验表明，在放热和吸热过程中，传热均得到显著提高。所提出的可控制间歇过程，将充分发挥换热井的换热能力，实现最少的井数布置，保证良好的地源热泵机组运行工况。     

U型管桩埋换热器稳态传热模拟研究

采用能量平衡的方法建立了土壤层内U型管桩埋换热器稳态传热模型，并以天津市一地源热泵实际工程为背景，模拟计算了管脚热影响因子、土壤导热系数等对U型管桩埋换热器的传热特性的影响。     

竖直U型埋管地下换热器的传热模型

以钻孔壁为界,将所研究的传热区域划分为土壤部分和钻孔内两部分.对于钻孔外土壤部分的传热过程,采用线热源理论建立非稳态模型进行分析讨论;在钻孔内,对一维模型和二维模型进行了对比,从而得出增强地下换热器换热的措施.     

U型管埋地换热器长期性能的实验研究与灰色预测

对实际运行的U型埋地换热器长期性能进行了实验研究。根据灰色理论,建立了换热量和传热系数等参数的GM(1,1)预测模型,预测结果与实际测试具有较好的吻合性。管埋地换热器在长期运行过程中,由于冬夏负荷之间的不平衡问题,夏季工况很可能会出现恶化现象,其工况可分为过渡区、稳定区和衰减区3个阶段。引入无量纲运行时间τ来表征平均传热系数的长期运行特性,即K=ατb,并初步确定了夏季工况的时间域:过渡区τ=0~25%,稳定区τ=25%~80%,衰减区τ=80%~100%。灰色预测能够为系统的稳定运行、性能评价以及进一步优化提供定量化参考依据。     

U型管埋地换热器三维传热模型及实验对比分析

针对U型管埋地换热器的传热特点,考虑了两管脚之间的相互影响,建立起非稳态传热模型。采用数值解法对该理论模型进行了求解,并将结果与实验值进行了对比分析,发现两者变化趋势一致,但理论计算结果比实验测试值低,其中的一个重要原因是因为换热器与土壤间的热交换不是纯导热过程,还应该进一步考虑土壤中热湿迁移等因素的影响。     

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。     

土壤源空调系统全年运行设计与计算分析

采用贝塞尔函数求解了U型埋地换热器在稳态和正弦波边界下的解析解,可计算给定全年动态负荷下埋地换热器内流体温度,并据此判断埋地换热器的设计能否满足建筑物的要求.给出了在不同因素影响下流体全年最高温度和最低温度与U型管单位长度设计取冷(热)量的关系曲线,可用于指导U型埋地换热器的设计.得到了建筑物全年累计耗热量和耗冷量、最大热负荷和冷负荷应满足的关系,可用于指导建筑物冷热源方案的搭配.     

垂直埋管热湿传递线源模型的建立及其计算条件

现有的土壤传热模型忽略了水分迁移对传热的影响,根据质量与能量守恒原理,在原有的垂直埋管土壤源热泵一维线源模型上发展了传热传湿数学模型,并对模型中土壤的各参数进行了分析,为下一步的数值模拟计算以及进一步研究土壤含水率对传热影响奠定基础。