不同形式地埋管换热器换热性能数值计算分析

采用ANSYS软件对水平、竖直、桩基螺旋地埋管换热器进行建模。在定加热负荷、定入口水温两种设计工况下,对3种地埋管换热器的出口水温进行了数值计算,以评价地埋管换热器的换热性能。在设定条件下,竖直地埋管换热器的换热性能最优。     

地埋管换热器传热模型的回顾与改进

回顾了国内外关于地埋管换热器的设计计算理论、传热模型及其计算方法,发现几乎所有的模型都未考虑地下水渗流的影响。举例说明地下水流动对地埋管换热器有较大的影响,建立了考虑热传导和地下水流动共同作用的地埋管换热器的传热模型,并且对单井地埋管进行了初步分析,结果表明地下水渗流能增强盘管的换热能力。     

地埋管长度计算中关键参数的计算方法研究

地埋管换热器是地源热泵系统的核心组件,文中对基于线热源理论的地埋管换热器长度计算中的关键参数计算进行了讨论。将典型气象年数据应用在确定最热月、最冷月和地表面年平均温度上。引入平衡温度的概念,计算建筑物逐时负荷。进而提出由建筑物逐时负荷和水源热泵机组性能拟合曲线,计算地源热泵系统制冷运行系数和制热运行系数的方法。给出热泵机组最高进液温度、最低进液温度、钻孔热阻和土壤热阻等地埋管长度计算关键参数的选取、计算方法。最后提出垂直U形地埋管换热器长度计算步骤。     

基于换热能效度的竖直地埋管埋设深度设计

根据地埋管传热特性,提出了地埋管换热能效度概念.建立了竖直地埋管换热器的三维传热模型,模拟计算了地埋管换热器能效度在不同埋设深度条件下的分布.揭示了区段能效度的迁移特性,将地埋管换热区域沿埋设深度范围分为无效换热区域和有效换热区域,并给出了基于换热能效度的地埋管换热器长度设计方法.     

地源热泵地埋管长度的设计研究

地源热泵系统与传统空调系统形式相比增加了地热换热器,地热换热器的合理长度对整个热泵系统的性能有着重要作用.文章讨论了竖直U型埋管的传热模型,得出地下埋管换热器的热阻表达式.利用Matlab语言对地埋管换热器准三维模型进行计算机语言编译,得出地埋管长度计算方法.     

负荷特性对地埋管换热器性能的影响

提出了全年累积冷热负荷比的概念,用以对地埋管换热器全年承担冷热负荷的不平衡性进行定量描述.地埋管换热器钻孔的设计长度不仅取决于其承担负荷的大小,还与供热或制冷工况下的"可用温差"直接有关,由此提出冷负荷占优或热负荷占优的概念.通过计算实例,模拟了4种典型负荷特性下地下岩土及循环液的长期温度变化,并分析了不同负荷特性下钻孔间距对地埋管换热器性能的影响.     

设计参数对螺旋埋管换热能力的影响

基于提出的螺旋埋管换热器三维数值传热模型,模拟研究了螺旋埋管的桩径、桩深及螺距3个设计参数对其换热能力的影响。在模拟结果的基础上,拟合得出了不同螺距条件下螺旋埋管换热器单位管长换热量关于桩径和桩深的函数关联式,以期为工程设计提供理论指导。     

基于显热容法的地源热泵地埋管换热器周围土壤冻结特性研究

为了探讨寒冷地区土壤冻结对地源热泵地埋管换热器换热特性的影响,建立了考虑土壤冻结的地埋管周围土壤传热模型,并利用显热容法对冻结相变问题进行了处理.基于模型的数值求解探讨了土壤含水率、原始温度、热扩散率及Stefan数对埋管周围土壤温度分布及冻结速度的影响.结果显示,与未考虑土壤冻结相比,计算出的地埋管周围土壤温度高,传热热阻小,从而可以减小埋管的设计长度,降低系统初投资;提高土壤含水率有利于地源热泵的设计与运行;减小热扩散率和Stefan数可以有效地降低土壤的冻结速度.     

竖直地埋管价值系数的计算方法及其应用

本文提出了一种用于竖直地埋管换热器的价值系数计算方法。针对某实际地源热泵工程,使用地埋管换热器价值系数计算方法对U型地埋管换热器设计方案进行了价值系数计算,并讨论了钻孔费用对设计方案价值系数和地埋管换热器U型管选型的影响。分析和计算表明,地埋管换热器的方案价值系数同钻孔设计深度和孔数有较大的联系。工程上人为设定钻孔深度和数目会影响到地埋管换热器的技术经济价值。在深的钻孔和好的传热条件下,采用双U管或大管径会改善地埋管换热器设计方案的经济性。     

单U形和双U形地埋管换热器传热模拟

以单U形和双U形地埋管换热器为研究对象,应用FLUENT软件对其传热性能进行了数值模拟。将计算结果与实验测试结果进行比较,验证了该模拟模型的准确性。结果表明,在排热工况下,单U形管换热器的单位井深换热量约为86 W/m,而双U形管换热器的单位井深换热量达到120W/m。在打井费用较高的场合,可以考虑使用双U形管。研究了进口水温、流速以及埋管深度等因素对U形管传热量的影响。     

土壤温度场对竖直U形地埋管换热性能的影响

对广州地区地下50 m以内土壤温度分布进行了模拟,研究了土壤温度的分布特性和变化规律,模拟了冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析了动态负荷分布对地埋管换热性能的影响.     

地下水渗流条件下地埋管换热器的传热模型

提出了有限长线热源渗流传热模型,根据获得的解析解分析了地埋管换热器周围介质的温度响应。比较了有限长线热源和无限长线热源两种渗流模型,分析了地下水渗流速度及地埋管相关参数对热扩散的影响。研究表明,地下水渗流可改善地埋管换热器的换热性能,提高换热量,从而可降低系统的初投资。     

基于层换热理论的竖直地埋管换热器设计方法

建立了地源热泵竖直地埋管换热器的三维传热温度场数学模型,模拟计算了不同季节不同工况下地埋管换热器内的水温分布。提出了层换热理论,竖直地埋管换热器及其周围岩土可以分为三个换热层——饱和换热层、换热层、未换热层。通过实测验证了该层换热理论。介绍了地埋管换热器埋深的确定、出水管的保温及流量的确定等。     

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)。     

U形地埋管换热器的三维数值模拟及传热分析

利用非稳态流动能量守恒方程得到了U形管内流体温度沿管轴向的变化关系,建立了U形地埋管换热器与土壤耦合换热的三维数值模型.把数值解分别与解析解和TRNSYS中的DST模型进行了对比,得出利用数值模型可以提高瞬时传热模拟结果精确度的结论.分析了在给定外界负荷的情况下U形管进出水温度、释热量和外界负荷之间的相互关系.     

宁波市某宾馆混合式地源热泵系统设计

分析了地埋管换热器的设计要素。综合考虑当地地质条件、地源热泵的优势以及冷热负荷的特点,设计了混合式地源热泵系统。采用地埋管换热器满足热负荷、辅助冷却装置补偿冷负荷的方案。热水系统采用闭式储水罐加地源热泵机组,与空调系统的地埋管换热器相间布置,夏季运行时形成了良好的互补性,解决了冬夏季土壤的热平衡问题,提高了机组的运行效率。     

地源热泵冬季供暖测试及传热模型

概述了国外地源热泵的发展情况,报告了在所建设的１５ｋＷ浅埋竖管换热器地源热泵试验装置上做的冬季供暖效果测试,建立了地下浅埋套管式换热器的传热模型。     

地源热泵及地下蓄能系统的实验研究

采用系统能量平衡结合热传导方程建立二维温度场模型求解地下蓄能系统埋管换热器的全年动态传热特性。介绍了计算地下温度场的分布情况、单位埋管深度换热量、平均传热系数、进出地下埋管的水温和埋管换热器面积的方法。     

地源热泵不同地源换热器的传热性能比较

本文针对地源热泵的核心技术问题,介绍了对两种典型地源换热器的散热试验研究:粉质粘土中的垂直单U管、地表水中的水平单U管。研究发现,两种换热器的传热性能差别很大。从开始试验到循环水温度稳定所需要的过渡时间上,地表水换热器比粉质粘土埋管型换热器要快得多。从传热能力来看,地表水换热器的单位管长换热量比粉质粘土垂直单U管要大。