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。     

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。     

基于数值计算的U型地埋管井群换热器计算模型研究

针对U型地埋管换热器的特点,在分析单井换热器换热量的基础上,考虑到多井换热器井与井之间传热的相互干扰,提出了一种用于U型地埋管井群换热器数值计算的9井模型,这种模型在数值计算时既能代表一般井群换热的规律,又便于计算机处理,为实际工程中分析井群换热规律提供了很好的理论依据。     

地下U形埋管传热及土壤温度分布研究

对地源热泵系统核心组成部分的地下U形埋管的传热性能进行了深入研究。首先建立了真实的地下U形埋管换热器的模型,然后对地下U形埋管换热器在不同工况下的运行进行了模拟计算。重点研究了U形埋管入口水温、水流速度和回填土导热系数对U形埋管传热和土壤温度分布的影响。结果表明：最佳水流速度应为0.6～0.8m/s;最佳回填土导热系数应比土壤导热系数大,且小于土壤导热系数的2倍;U形埋管组最佳管间距应保持在6m左右;增大入口水温、水流速度及回填土导热系数都会使土壤温度有所升高。     

垂直单U地埋管换热器进出口水温耦合特性分析

对某一土壤源热泵空调系统供暖期实测的垂直单U地埋管换热器进出口水温进行分析,总结了垂直单U地埋管换热器进出口水温的变化。利用MATLAB软件对垂直单U地埋管换热器进出口水温之间的耦合关系进行函数拟合分析,得到了垂直单U地埋管换热器出水温度随进水温度变化的函数关系式,其相关系数为0.975。运用该函数关系式结合实测的进水温度预测次年供暖期的出水温度值,将预测值与实测值进行比较,相对误差为±8.1%。证明了该函数关系式可用于预测未来每年供暖期的地埋管换热特性,并为类似地质及气候条件下的土壤源热泵系统的设计和运行预测提供参考依据。     

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。     

单/双U形地埋管换热器传热特性模拟研究

为了研究不同因素对单/双U形地埋管换热器传热特性的影响,建立单U形和双U形地埋管换热器传热物理数学模型,分析流体进口流速、流体进口温度、回填材料和土壤竖向温度梯度对地埋管周围土壤温度分布规律和单位管长换热量的影响。结果表明：地埋管周围土壤温度随流速的增加而增加且双U形大于单U形,对径向距离大于1 m的土壤基本无影响;双U形地埋管换热器的单位管长换热量大于单U形,双U形地埋管换热器的热短路现象更严重;增加流体进口温度时,土壤温度、单位管长换热量均增加,但热作用范围基本不受影响;回填材料为砾砂时的土壤温度增加幅度大于黏土,单位管长换热量大于黏土,但增加比例小于回填材料为黏土时的情况;土壤竖向温度梯度越大,土壤温度和单位管长换热量波动幅度越剧烈,且双U形的波动幅度大于单U形;钻井深度和土壤竖向温度梯度较大时,地埋管不宜采用U形管作为换热器。研究结果对单/双U形地埋管换热器的设计及地源热泵系统的运行提供参考。     

地源热泵竖直埋管换热器的设计

本文论述了地源热泵竖直埋管换热器的设计方法,重点阐述了地热换热器各部分的设计要点,主要包括地热换热器设计中的类型选择、平面布置、埋管的管径与长度、埋管的连接方式、回填材料及循环液的选取等。     

地下水渗流条件下埋地换热器传热性能的实验研究

建立了根据地温分布确定地下水流动特性的简化数学模型。针对一个实际工程钻孔进行了地温分布测量,并测试了局部地下水渗流条件下埋地换热器的传热性能。结果表明,上述理论模型具有较好的预测精度。在该文实验条件下,地下水渗流对埋地换热器的传热性能具有明显的强化作用,埋地换热器的换热量平均提高11.35%。     

地下水流动对地下管群换热器传热的影响分析

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器的影响，该文基于热渗耦合作用下的数学模型，采用整体求解方法求得冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解，从而分析了地下水渗流对其传热过程的影响，结果表明地下水运动对原温度场的影响明显，而且越高的地下水流速影响越大。     

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.     

竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析

准三维模型为竖直埋管地热换热器的结构优化提供了较为精确的理论基础。利用准三维模型对竖直埋管地热换热器进行分析与研究得出，不同的行程布置对双U型埋管地热换热器的传热性能有较大影响。就钻孔内热阻的对比，双U型埋管比单U型埋管钻孔内的热阻低，因而双U型埋管地热换热器较单U型埋管地热换热器更为合理。     

地质结构分层中地埋管换热特性研究

依托徐州某工程场地,分析分层地质结构体中地埋管的换热特征,提出应考虑地层结构指导地埋管埋深,并研究进水温度、循环水流速、运行方式与分层换热量的变化规律。结果表明,地层分层研究在分析钻井埋管深度设计方面具有优势,换热性能好的地层受循环介质温度、流速的影响变化最为显著;间歇性运行能有效提高地层换热量,换热性能好的地层增益效果佳。     

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。     

岩溶地区特殊地质条件对U型地埋管换热器的传热影响研究

以南方岩溶地区地下水丰富为前提,利用多含水层渗流提高地埋管的换热能力。该文利用有限元软件建立三维单U型换热孔数值模型,利用相关指标分析有无含水层时地源热泵系统的换热效果研究。结果表明：蓄能岩土体内有无含水层多种情况时,U型管出水口平均温度呈现N1>A1>A2>AF1>AF2;AF2、AF1、A2和A1情况下的平均延米换热量分别比N1高49.87%、44.06%、39.51%、31.93%;AF2、AF1、A2和A1情况下的平均COP分别比N1高4.35%、3.93%、3.52%、2.67%。在地下水丰富区域应合理布置换热孔,提升热泵系统运行效率,对实际工程项目可提供一定的指导。     

超强吸水树脂与源土混合作为地源热泵供热系统回填材料的实验研究

在热泵制热工况下,超强吸水树脂与源土混合作为回填材料,分别对螺旋盘管、U型管以及整个系统进行了实验研究,得出系统性能变化曲线。实验结果表明,超强吸水树脂与源土混合作为回填材料,特别是螺旋盘管换热器,可明显增大地下换热器换热量,提高地源热泵系统的效率和稳定性,适用于干旱、土壤非饱和以及地下水位比较低的地区。     

板式相变贮能换热器传热模型和热性能分析

建立了板式相变贮能换热器的无量纲传热模型。它对流体入口流量、入口温度随时间变化情况和需考虑入口效应及添加肋片的情况均适用。模型解和文献准稳态解吻合。作为算例,藉此模型从各时刻的流体温度、相变界面随空间的分布情况和相变蓄热比、相变传热效率、传热系数、完全相变截面位置随时间的变化情况六个角度分析了一板式相变贮能换热器的相变传热性能。该模型可为板式相变贮能换热器的结构优化设计和热性能分析提供帮助。     

地下群井换热强化与运行模式影响规律

利用传热模拟分析,研究了地源热泵(GSHP)地能利用中地下群井多源换热及其运行模式影响规律。探讨间歇运行模式和连续运行模式对群井区域内温变特性的影响规律及各井热源的交互影响。分别对间隔周期、传热能力和温度场变化等进行了综合分析,指出运行模式调控有利于强化地能利用以及多井源间的协调排列。为地能在地源热泵供热供冷中大规模利用奠定理论基础。