定热流热响应实验确定岩土热物性方法

针对工程中常用的定热流热响应实验方法,分析研究了采用不同传热模型耦合不同数据处理方法对确定岩土热物性及钻孔热阻的影响,研究结果表明：采用线热源模型与柱热源模型确定的岩土热物性及钻孔热阻存在较大差异;岩土容积比热对导热系数的确定影响很小,但对钻孔热阻影响较大;三参数估计确定导热系数及钻孔热阻具有良好可信度,但是对于热扩散率的确定稳定性较差。通过分析总结,以最小平均误差作为线热源及柱热源传热模型的权值分析基础,提出三参数估计耦合线热源及柱热源模型的加权平均方法确定岩土热物性及钻孔热阻,该方法具有稳定性好,可信     

竖直埋管地热换热器钻孔内的热阻

提出了确定地源热泵系统竖直埋管地热换热器钻孔内热阻的准三维模型。在考虑钻孔深度方向管内流体温度分布和U型管两支管相互热影响的条件下，导出了更为精确的计算钻孔内热阻的解析式，可供工程设计计算使用。分析了新模型与原有二维模型计算钻孔内热阻的偏差及其影响因素。并结合具体的实例进行了对比计算。     

厦门翔安海底隧道数字化建模技术

围绕厦门翔安海底隧道工程，首先在总结当前三维地层建模理论与方法的基础上，建立该工程的三棱柱地层实体模型。该模型将地质勘察钻孔数据离散为点源信息，采用Delaunay三角化算法对钻孔点的平面点集进行二维构网，由网格节点之间的联接关系所确定的钻孔之间的联接关系将钻孔连接成地层的三棱柱体表达，该模型体现便于存储、快速可视化和便于空间分析等优点。然后在三维图形平台上进行了隧道及附属设施的三维建模。最后在此基础之上实现基于数字模型的信息查询、地层剖切、地层开挖等空间分析功能。     

排风隔热墙的多孔渗流层临界厚度研究

排风隔热墙是一种新型节能外墙,本文利用其一维稳态传热简化解析模型,结合达西定律,获得了室内空气与外墙内表面之间的换热热流密度与多孔渗流层厚度的关联式.通过对给定压差条件下热流密度的极值分析,论证了渗流层临界厚度的存在,导出了该厚度的一维模型准确解及其近似计算公式.经过与墙体传热过程的二维数值计算结果相比较,发现获得的临界厚度的准确解误差小于2%、近似解误差小于4%,适合工程计算和分析.对排风压差、渗流层导热系数、外层结构热阻对临界厚度的单因素分析表明:随着排风压差、多孔材料导热系数及外层结构热阻的增大,渗流层临界厚度大致呈线性增加的趋势。     

空心砌块通风墙体二维简化传热模型研究

空心砌块通风墙体是一种新型的建筑围护结构,该结构可以利用空调系统排风、地道风或夏季夜间凉风对空心砌块墙体的空腔进行通风,实现墙体内部冷、热量的转移。该技术将热回收或可再生能源利用与降低墙体内部冷/热量结合起来,可削弱室外气候对室内环境的影响,减小墙体内表面温度的波动,从而改善人体的热舒适性。为了研究该新型通风墙体的传热特性,建立了空心砌块通风墙体的二维简化传热模型。并且在稳态情形下,计算分析了该通风墙体内表面的平均温度。还进一步研究了空心砌块通风墙体的当量热阻及其影响因素。结果表明空心砌块通风墙体能获得较低的墙体内表面温度和较高的当量热阻,同时,也降低了室内负荷。     

太阳能集热器系统的仿真研究

提出太阳能集热器系统单元段分节点热阻，热容网络－四维热网络概念，并以此建立腔体式吸收器－槽形抛物镜太阳能集热器系统的集热过程动态仿真模型。利用仿真模型和太阳直射辐射日分布模型计算了太阳直辐射强度，工作介质温度，瞬时集热效率和瞬时Ｙｏｎｇ效率随时间的分布。     

U型地埋管换热器换热性能分析

为了探索U型地埋管换热器的换热规律,文章采用数值仿真模拟对二维U型地埋管换热器换热性能进行了分析,并模拟钻孔内、外换热过程。结果表明:钻孔内部瞬态换热模拟刚开始的少许时间内,温度变化仅发生在U型管附近,随着时间的增加,温度变化覆盖整个钻孔区域,U型管内水的温度与回填材料温度接近一致,系统趋于稳定;钻孔外部瞬态换热模拟之初,温度变化主要发生在钻孔内部,随着时间的推移,钻孔壁外温度逐渐降低,钻孔壁以内的温度逐渐增加,钻孔壁内、外温度接近一致,系统趋于稳定。     

浅层岩土体原位热响应测试

介绍了岩土体原位热响应测试仪的结构及测试原理,建立了基于线热源模型的热物性参数计算模型。结合工程实例,进行了岩土体初始平均温度测试、地埋管热响应测试。拟合流体平均温度与时间对数的关系曲线,求得了岩土体的热导率、钻孔热阻。     

基于TRNSYS的岩土热响应测试及影响因素分析

针对实际工程中影响热响应测试的诸多因素,建立了基于地埋管储热模型的瞬时模型,模拟分析了加热功率、钻孔直径、水箱容积及回填材料对岩土热物性参数测试结果的影响。通过对同一口测试井两次不同功率、测试时长的实测,验证了该模型的准确性。研究结果表明:在设定不同的加热功率下,岩土导热系数和钻孔内传热热阻的测试结果分别相差4.94%和0.32%,而每延米换热量测试结果相差24.99%,同时验证了50 h为热响应测试的最小时长;热响应测试仪的水箱容积对导热系数的影响较小,仅影响了加热流体达到稳定状态的时间;当钻孔直径为110,130,150 mm时,随着回填材料导热系数的增大,岩土导热系数的变化率逐渐减小,整体增幅均在0.09 W/(m·K)内,表明回填材料对热响应测试影响较小。     

深基坑中内支撑结构两种数值计算方法分析

结合某深基坑支护工程实践,采用内支撑支护结构体系对复杂周边环境条件下深基坑进行了支护,并采用三维数值计算模型对内支撑支护结构体系进行了受力分析,且与二维模型计算结果进行了对比,指出二维模型的计算结果与三维数值计算模型的计算结果有较好的一致性,但二维模型计算深基坑有较大的局限性。     

地源热泵桩基与钻孔埋管换热器换热性能比较

相对于钻孔埋管换热器,桩基埋管换热器在换热性能和经济性方面均具有较大优势,目前越来越广泛的应用于地源热泵工程中。围绕钻孔与桩基埋管换热器的结构特点和换热机理进行对比分析,针对南京某项目桩基埋管换热器开展了换热性能实测及数值模拟分析,并采用数值模拟手段对比分析了钻孔与桩基埋管换热器的换热性能差异。研究结果进一步证明了桩基埋管换热器具有良好的换热性能。提出的传热性能数值模拟方法可较准确地计算出桩基和钻孔埋管换热器的传热效率。     

基于DTS的土体分布式导热系数测试方法

土体导热系数的确定对地源热泵的优化设计起着至关重要的作用。为了获得更精细的土体导热系数,在常规热响应试验的基础上,引入分布式光纤测温系统(DTS),对换热孔的温度进行分布式测量,得到孔内竖直方向岩土初始地温分布和在热响应试验过程中换热孔温度分布及其随时间的变化情况,通过与热电阻温度传感器的对比,验证了DTS测温的准确性。在线热源传热模型的基础上,建立了以换热孔为线热源的传热模型。分别进行了双U型管和单U型管恒热流热响应测试,根据DTS监测的温度分布及其变化,得到了土体导热系数随深度的分布。与综合导热系数相比,分布式导热系数不仅精度满足要求,而且可以更精细地反映土体导热系数分布的不均匀性,对于地源热泵的优化设计和换热能力的评价具有重要的意义。     

Simulation of a domestic ground source heat pump system using a three-dimensional numerical borehole heat exchanger model

Common approaches to the simulation of borehole heat exchangers (BHEs) assume heat transfer in circulating fluid and grout to be in a quasi-steady state and ignore fluctuations in fluid temperature due to transport of the fluid around the loop. However, in domestic ground source heat pump (GSHP) systems, the heat pump and circulating pumps switch on and off during a given hour; therefore, the effect of the thermal mass of the circulating fluid and the dynamics of fluid transport through the loop has important implications for system design. This may also be important in commercial systems that are used intermittently. This article presents transient simulation of a domestic GSHP system with a single BHE using a dynamic three-dimensional (3D) numerical BHE model. The results show that delayed response associated with the transit of fluid along the pipe loop is of some significance in moderating swings in temperature during heat pump operation. In addition, when 3D effects are considered, a lower heat transfer rate is predicted during steady operations. These effects could be important when considering heat exchanger design and system control. The results will be used to develop refined two-dimensional models.     

Thermal performance of borehole heat exchanger under groundwater flow: A case study from Baoding

The performance of ground source heat pumps (GSHPs) depends strongly on the heat transfer between the soil and borehole heat exchangers (BHEs). In the present work, a thermal performance experiment of a BHE under groundwater flow was conducted in Baoding, China. Based on the measurement of the natural ground temperature profile, a simplified theoretical model was presented to estimate the characteristics of groundwater flow. The results showed that the presence of groundwater had an obvious influence on the temperature profile in the aquifer. Due to the strong groundwater advection, the thermal performance of the BHE was enhanced. The enhanced effect depends to a great extent on the distribution and thickness percentage of the ground layer with the greatest groundwater flow. In the present case, the heat injection and heat extraction of the BHE were enhanced on average by 9.8% and 12.9%, respectively, compared with the case without groundwater flow, when the total thickness of coarse sand and gravel layer as a percentage of the borehole depth was 10.6%. This enhanced effect is favorable for reducing the possible imbalance between heat injection and extraction from and to the ground, which is helpful for the long-term operation of GSHP systems.     

基于线热源模型的地源热泵系统运行模拟

在比较地源热泵地埋管计算的2类线热源模型的基础上,本文采用有限长线热源模型与钻孔内热阻的准三维模型相结合的方式,在相应的建筑年逐时负荷条件下,进行地源热泵系统的逐时参数计算,通过与DST模型计算结果进行比较,验证了本文计算模型的准确性,为垂直U型地埋管的设计计算和热泵系统的运行模拟提供了必要的参考.     

地源热泵地埋管换热器传热研究(4):系统耦合运行特性

采取数值计算与解析计算相结合的方法,在构建地埋管换热器与地上机组耦合模型的基础上,研究了夏季变热流边界条件下单U形地埋管换热器与地上机组耦合运行的非稳态特性。分析了连续运行工况和间歇运行工况下地源热泵机组COP、单位管长换热量、埋管进出口流体温度及钻孔壁面平均温度随运行时间的变化规律。     

武汉与重庆典型地质结构下的地埋管换热性能

地埋管地源热泵换热器的换热性能受到不同地质结构的影响。以武汉和重庆地区的典型地质构成为边界条件,建立了三维地埋管的单孔双U管换热模型,通过模型计算,获得了两种地质条件下的地埋管换热性能,以重庆地区的地源热泵热响应测试结果以及工程运行数据出发,对模型的计算结果进行了验证,结果表明,模型吻合度较好,可以应用于工程分析。以模型为条件,进行地质结构对换热性能的影响度分析,预测了两地地埋管地源热泵的换热性能并计算得到换热器的平均换热系数分别为武汉地区K1=1.65(W/m·K),重庆地区K2=1.51(W/m·K)。     

Development of a numerical model to predict heat exchange rates for a ground-source heat pump system

Ground-source heat pump (GSHP) systems can achieve a higher coefficient of performance than conventional air-source heat pump (ASHP) systems. For the design of a GSHP system, it is necessary to accurately predict the heat extraction and injection rates of the heat exchanger. Many models that combine ground heat conduction and heat exchangers have been proposed to predict heat extraction/injection rates from/into the ground in the research field of heating, ventilation and air-conditioning systems. However, most analysis models are inaccurate in their predictions for long periods because they are based on a thermal conduction model using a cylindrical coordinate model or an equivalent diameter model. In this paper, a numerical model that combines a heat transport model with ground water flow and a heat exchanger model with an exact shape is developed. Furthermore, a method for estimating soil properties based on ground investigations is proposed. Comparison between experimental results and numerical analysis based on the model developed above was conducted under the conditions of an experiment from 2004. The analytical results agreed well with the experimental results. Finally, the proposed model was used to predict the heat exchange rate for an actual office building in Japan.     

地源热泵地埋管换热器热响应测试分析

通过对某地源热泵现场测试孔的热物性测试,由热响应测试仪器测得现场埋置岩土中U形换热器循环介质的进出水温度、流量等相关参数,并利用线热源模型计算了岩土综合导热系数、钻孔内热阻相关参数,为该地区地源热泵系统设计提供正确的设计参数。