陕西渭南地区岩土热响应测试与分析

地层热物性参数的确定对浅层地热能地源热泵系统的设计至关重要。依托陕西渭南某地源热泵项目,应用恒流法进行了岩土热响应测试,测试共进行了58 h,根据线热源理论对测试数据进行分析计算,求得准确的地层热物性参数,得到工区地层导热系数为2.16 W/(m∙K),比热容为2.39 MJ/(m³∙K),单U地埋管每延米换热量45 W。该研究结果可为项目后期设计与施工提供了相关参考和依据。     

土壤源热泵地下水平埋管换热性能及其周围土壤温度场的影响研究

通过建立地下水平埋管换热器模型,模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度场分布和埋管换热量的影响.分析了埋管管材及埋管埋深、管径、管壁厚度等对埋管换热的影响.模拟结果显示,当土壤导热系数从1.1W/(m·℃)增大到2.5W/(m·℃)时,埋管单位管长换热量增幅达100.8%,且到埋管距离越近的点,其土壤温度随土壤导热系数的变化相对较快.地下二层埋管外表面温度及其周围土壤温度变化比地下一层换热稳定性好,换热量大.适当的加大管径,减小管壁厚,有利于增强埋管换热.     

中深层地热地埋管实际运行影响因素研究

为研究中深层地热地埋管运行的影响因素,分析西咸新区中深层地热地埋管供暖系统的长期运行结果,并结合关中地区地质数据,建立深度为2510 m的中深层地埋管换热器全尺寸模型,采用数值模拟法研究实际岩层分布下地埋管的运行、结构和材料因素对其取热能力的影响。结果表明,西咸新区某项目1号地埋管和2号地埋管两个地埋管,其平均取热功率均在310 kW以上,具有优良的取热能力。地埋管进水温度随季节变化明显,并引起用户侧负荷及热泵回水温度的波动。在结构方面,随内管径由63 mm增至125 mm,平均出口水温和换热功率分别降低1.9%和4.8%,但内管径过小将影响内管运行的安全性,综合安全和换热两方面因素,最佳内管径应选取ϕ110 × 10mm规格;随外管径由168.3 mm增至244.5 mm,平均出口水温和换热功率分别增加3.5%和9%,综合成本和换热两方面因素,最佳外管径应选取ϕ 177.8 × 19 mm规格;在运行方面,地埋管出口水温随着流量的增加而减小,换热功率随着流量增加而增加;出口水温随着进水温度的升高而上升,换热功率也随之减小。在材料方面,减小内管导热系数和增加固井材料导热系数均能增加地埋管出口水温和换热功率,考虑换热功率变化和成本因素,在工程中导热系数为0.42 W/（m∙K）的内管和导热系数为3 W/（m∙K）左右的固井材料。     

考虑桩土差异的能源桩传热模型及其热响应半径计算

为解决能源桩传热分析中一般将桩土视为相同介质而引起误差的问题,建立一种可考虑桩体与土体之间热物性差异的U型埋管能源桩非稳态传热模型,将其与线热源模型进行对比,验证该模型的准确性。在此基础上,通过级数展开得到近似简化的能源桩热响应半径表达式。最后,对单位桩长换热量、桩体的热扩散系数、桩径以及土体类型进行分析,利用“储热比”评价上述参数对能源桩传热过程的影响。结果表明：该模型较线热源模型可更精准地描述能源桩传热过程,可有效避免传热初期低估桩壁过余温度以及传热稳定期高估桩体温度的问题;在典型的能源桩运行周期内,所提出的热响应半径计算方法误差在0.1 ℃以内,符合工程要求;能源桩传热过程中,土体的储热比随桩体热容、桩土间热扩散系数相对差异的减小而增大;桩壁过余温度及土体储热比均随桩径的增大而减小,随着传热时间的增加,不同桩径对应的桩壁过余温度差逐渐加大,土体储热比差值逐渐减小;相同换热功率作用下能源桩桩壁过余温度的变化率几乎不随传热时间增长而变化;传热90 d后,桩径对能源桩传热过程中能量传递分布影响不大。     

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响。以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5 m时对应的换热量较埋深1.5 m时的对应值分别增加了10.4%和15.4%;土壤导热系数由1.278 W/(m·K)增加到3.278 W/(m·K)时,水平埋管的换热量增加了68.24%;HGHE的传热效率随着埋深和导热系数的增加而不断提高。以埋深2 m为界,上部区域的土壤温度受气温和太阳辐射的影响较大,下部区域主要受地埋管换热影响。     

套管式中深层地埋管换热器传热建模及取热分析

为了研究无干扰换热条件下,中深层地热能的实际取热性能,文章通过数值模拟方法模拟计算了套管式中深层地埋管换热器的名义取热量。模拟结果表明,套管式中深层地埋管换热器的名义取热量随着钻孔深度、大地热流、循环水流量、当地大气年平均温度的增加而增加。套管式中深层地埋管换热器周围土层的地质条件分布也影响着中深层地埋管换热器的名义取热量,具体表现为浅层土层的导热系数越小,中深层地埋管换热器的名义取热量越大;深层土层的导热系数越大,中深层地埋管换热器的名义取热量也越大。通过调整地埋管换热器的相关参数,并选择合适的地埋管埋设地点等优化措施,可使套管式中深层地埋管换热器达到可观的名义取热量。     

青岛蓝色硅谷土壤热物性测试与分析

青岛蓝色硅谷区域地质构造特殊,地热资源丰富。目前该区域地热资源的勘查程度较低,地热资源利用形式单一,优质地热资源浪费严重。本文采用岩土热响应测试法对蓝色硅谷区域内的地埋管测试孔的岩土热物性进行了现场测试,利用48 h的测试数据,采用线热源模型进行数据分析,得到土壤导热系数为2.278 W/(m∙K)。同时,采用柱热源模型模拟夏季工况,得到的流体温度变化趋势与实验工况相同,且进、出水温度分别为35.1℃和30.4℃,与实验工况下的35.1℃及30.8℃吻合较好。该研究可用于指导土壤源热泵的热物性分析以及青岛蓝色硅谷地热资源综合开发。     

岩土热响应散热修正瞬态模拟及关键参数研究

提出一种带散热修正的地埋管储热的TRNSYS瞬态计算模型,考虑管道散热及地表空气对流散热损失;在山东省滨州市进行实地热响应测试,通过对实验测试井供回水温度的模拟,验证模型准确性。同时,模拟分析循环流量、加热功率等关键参数对岩土导热系数、钻孔热阻、延米换热量辨识精度的影响。研究结果表明,测试持续时间对岩土导热系数辨识精度影响高达24.88%,其次分别是加热功率、初始舍弃时间、循环流量、回填材料导热系数。加热功率对延米换热量影响最高达75.01%。     

同轴套管深埋管换热器延米换热量变化规律的研究

基于青岛某埋深2 605 m的同轴套管深埋管换热系统,建立了耦合管内外换热的全尺寸模型,应用Fluent软件进行了一个供暖季的埋管取热仿真模拟,研究深埋管换热器延米换热量变化规律。得出以下结论:埋管位置越深延米换热量越大;同一埋管在不同取热量下,与整根埋管平均延米换热量数值相同的延米换热量的对应位置大致处于同一深度,且该处以上埋深和以下埋深的延米换热量随运行时间的变化规律相反;埋管取热量按一定比值增大,对应埋管各深处的延米换热量也随之按该比例增加。该研究成果可为深埋管技术的研究及应用提供帮助。     

地质参数对中深层地热井长期取热特性影响分析

基于中深层地热井换热原理,数值分析不同地质参数下中深层地热井在长期运行过程中单井取热量、能效系数、热泵机组COP以及岩土温度的变化情况.研究结果表明:岩土导热系数对长期运行期间的单井取热量、能效系数的下降比例影响较大,且岩土导热系数越小其下降比例越大.岩土导热系数为2.0 W/(m·K)时,第30年的单井取热量、能效系...     

中低温热源干燥系统的设计及试验

为解决工农业干燥过程中存在的干燥效率低、能耗高等问题,同时充分利用生产过程中产生的中低品位热能,设计了一种可控温湿度的中低温热源干燥系统,干燥系统由加热系统、排湿换气系统、温湿度控制系统和干燥室组成。介绍了其干燥工艺,分析了其运行性能和能耗情况,通过试验数据分析发现该干燥系统气流温度和速度分布均匀、能耗低,系统在整个干燥过程中的干燥速率为0.122 kg/(kg∙h),整个过程的能耗因子为391.2 kJ/kg。系统适用于以地热能和工业余热等中低温热能为热源的工农业干燥过程。     

Numerical simulations on performance enhancement of a cross-flow latent thermal energy storage heat exchanger

基于列管式换热器具有传热面积大、结构紧凑、操作弹性大等优点,使其在相变储能领域具有广阔的应用前景。本文建立一种新型列管式相变蓄热器模型,在不考虑自然对流的情况下,利用Fluent软件对相变蓄热器进行二维储热过程的数值模拟。本文主要研究斯蒂芬数、雷诺数、列管排列方式、肋片数以及相变材料的导热系数对熔化过程的影响,并对熔化过程中固液分界面的移动规律进行了分析。模拟结果表明,内肋片强化换热效果明显,特别是对应用低导热系数相变材料[导热系数小于1 W/(m·K)]的列管式蓄热器,相对于无肋片结构,加入肋片（N_fn=2）可缩短熔化时间52.6%。     

Heat transfer behaviour of thermal energy storage components using composite phase change materials

对基于复合相变材料储热单元的储热性能进行了研究。建立了复合材料和储热单元体内部的二维传热模型,考察了复合材料物性和结构尺寸及传热流体操作条件（流体流速）对单元体储热性能的影响,对比了两种不同结构单元体的储热性能,并搭建实验平台进行了实验对比研究。对比结果表明,模型结果与实验结果趋于一致,验证了模型的准确性。复合材料物性和结构尺寸及传热流体操作条件对单元体储热性能有较大的影响。相比较单管储热单元体,同心管储热单元体有着更优的储热特性,在相同的操作条件下,同心管储热单元体的储热、放热时间较单管储热单元体分别减少10%和15%。     

Study of a metal hydride based thermal energy storage system using multi-phase heat exchange for the application of concentrated solar power system

Thermal energy storage system is of great significance for the concentrated solar power system to keep the balance between power generation and demand. Metal hydride based thermal energy storage system is regarded as a promising method due to its good reversibility, low cost, and no by-product. Multi-phase heat exchange has much higher heat transfer coefficient than single-phase fluid heat exchange, thus facilitating the steam generation. In this study, a two-dimensional model of the metal hydride reactor using multi-phase heat exchange is proposed to estimate the performance and its feasibility of application in the concentrated solar power system. The results show that the velocity of the heat transfer fluid should match well with the thermal conductivity of the metal hydride bed to maintain the heat flux at a relatively constant value. The match of thermal conductivity of 3 or 5 W/(m·K) and fluid velocity of 0.0050 m/s results in the heat flux up to about 19 kW/m², which is increased by 3 orders of magnitude than single-phase heat exchange. In the thermal energy storage system, the reheating cycle is recommended to improve the utilization of the thermal energy. The efficiency of the system could be improved from 18.4% to 30.8% using the reheating cycle. The increased efficiency is comparable to the previously reported efficiency of 39.2%. Besides, the operation strategy of raising the steam temperature by increasing the hydrogen pressure or the superheater temperature is suggested for the system to obtain higher efficiency.     

基于TRNSYS的太阳能谷电蓄能供热采暖系统性能研究

为了研究太阳能谷电蓄能供热采暖系统运行特性,采用TRNSYS软件建立系统各部件模型,分析了太阳能辐照强度、集热面积和空气流量对系统太阳能保证率的影响,对系统进行优化研究。结果表明：太阳能辐射强度对系统太阳能保证率的影响较大,拉萨全年太阳能保证率波动比上海和北京小;太阳能保证率与集热面积呈正相关;空气流量对太阳能保证率影响较小,当空气流量为40 m³/(h∙m²) 时太阳能保证率最大,相比36 m³/(h∙m²)工况提高了0.26%;选择集热面积为650 m²、最佳空气流量为40 m³/(h∙m²) 的优化系统,相比集热面积为716 m²、空气流量为36 m³/(h∙m²) 工况下的年均太阳能保证率降低了1.22%。本研究可为太阳能谷电蓄能系统的后续研究提供参考。     

含二氧化硅气凝胶和相变材料三层玻璃窗热性能分析

为了研究含二氧化硅气凝胶和相变材料三层玻璃窗对严寒地区建筑能耗的影响,建立了相变材料层与其他透明壁层结合发生的传热数值模型。分析了含二氧化硅气凝胶和相变材料三层玻璃窗在不同二氧化硅气凝胶厚度、导热系数和不同保温材料下的动态热调节性能,得到了含二氧化硅气凝胶和相变材料三层玻璃窗内表面热流密度和液相率随时间的变化规律。结果表明:随着二氧化硅气凝胶厚度增加,总传热量降低和液相率增加,当二氧化硅气凝胶厚度为20～30 mm时,可以实现有效的利用太阳能;随着二氧化硅气凝胶导热系数增加,总传热量升高和液相率降低;当二氧化硅气凝胶的导热系数从0.022降低到0.014 W/(m·K)时,最大液相率从0.83增加到1.00。二氧化硅作为保温层比相变材料作为保温层具有更好的保温隔热作用。