竖直U形地埋管换热器热短路现象及换热性能研究

针对影响地埋管换热器热短路现象及换热性能的主要因素(回填材料导热系数和热泵运行方式),建立了U形地埋管换热器的三维非稳态数值模型,通过热响应实验验证了该模型。采用FLUENT软件进行模拟分析,得到不同导热系数土壤条件下地埋管换热器的热短路损失系数和每延米换热量随回填材料导热系数的变化规律,推荐采用导热系数比周围土壤稍大的回填材料。对比了地源热泵连续与间歇两种运行方式,得出当回填材料导热系数小于或等于周围土壤导热系数时,间歇运行对热短路现象基本无影响;当回填材料导热系数大于周围土壤导热系数时,间歇运行可使热短路损失系数降低51.6%~74.5%,每延米换热量提高32.6%~34.0%。     

地源热泵地埋管换热影响因素的实验研究

通过搭建模型试验台对地下埋管换热器换热性能进行测试,分析了回填材料导热系数、热泵系统不同运行模式以及不同进口温度对埋管换热器换热性能的影响,并提出了一些对工程实践有用的结论。     

回填材料对土壤热泵U型埋管换热器性能的影响

本文以能量守恒和质量守恒为基础建立了土壤耦合热泵U型埋管换热器三维非稳态模型,重点研究了回填材料导热率对U型埋管换热器换热性能的影响。结果表明:强化换热型回填材料可以大幅度提高钻井换热器的换热能力,钻井的换热能力随着回填材料导热率的增加而不断提高,但回填材料导热率并非越高越好,而是应该稍高于钻井周围岩土层的导热率。     

竖直U型埋管换热器换热特性研究

本文建立了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型,通过对U型埋管两支管内循环流体的能量平衡方程的分析与推导,求得了该传热问题的解析解,得到了计算U型管换热器中流体温度沿深度变化的解析式。进一步研究了回填材料、管内流量、管脚间距、管材导热系数等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并引入了钻孔换热效率来评价地下换热器的换热性能。     

土壤源热泵垂直U型地埋管换热的数值模拟

本文建立了垂直U型地埋管三维数值传热模型,采用FLUENT软件对其非稳态的流固耦合换热进行研究.在夏季工况下,模拟结果与实验相吻合.分析了回填材料导热系数、管内流速以及埋深对垂直U型地埋管换热的影响.计算结果表明,地埋管的单位埋深换热量与埋深成反比,而与流速和回填材料的导热系数成正比.     

地源热泵系统各参数换热性能敏感性分析

采用敏感性分析法,探讨了钻孔间距、回填材料导热系数、竖直管管内流速三因素对地埋管换热器换热性能的相对影响程度,并给出了各因素的合理取值,为类似问题的研究奠定了基础。     

竖直单U型地埋管传热模拟分析

针对地源热泵系统中的竖直单U型换热器的传热问题,利用FLUENT软件对其传热特性进行了稳态数值模拟。计算了管内流速,回填物导热系数,支管间距等因素对竖直单U型地埋管换热器换热性能的影响。通过数值模拟发现,管内流速过小时,地埋管换热器会出现严重的热短路现象。对比分析得出管内最佳流速为0.6 m/s～0.8 m/s;进回水支管间距越大,地埋管换热器换热性能越好;回填物的导热系数是影响地埋管换热器换热性能的一个重要因素,其最佳值与管内流速和管间距有关。综合考虑上述3个因素对地埋管换热器换热性能的影响,得出了支管间距为86 mm,管内流速为0.6 m/s～0.8 m/s,回填物导热系数为土壤导热系数的1～2倍时,竖直单U型地埋管的换热性能最好的结论。     

中深层套管式地埋管地源热泵系统能效分析

中深层套管式地埋管地源热泵系统的能效受多种因素影响,为保证其高效运行,对其影响因素进行研究尤为重要。本文建立了中深层套管式地埋管地源热泵系统换热器传热模型,采用工程实测数据验证该模型的准确性。基于该模型,量化了一个供暖期内多种因素对系统能效的影响。结果表明：进口水温和岩土导热系数对系统能效具有重要影响,回填材料导热系数对其影响较小;增大循环流量会提高取热功率,但系统能效也随之降低,当循环流量由8.33 kg/s增大至10.56 kg/s时,取热功率提升4.95%,能效下降1.23%;增大外管管径、岩土和回填材料的导热系数能够提升系统能效,但达到一定数值后,对能效提升效果不显著。本研究对中深层套管式地埋管地源热泵系统长期稳定运行及能效提升具有参考意义。     

地源热泵系统地下换热器设计讨论

讨论了地源热泵地下埋管换热器设计中的岩土的热物性参数确定、垂直竖井的回填料、岩土冻结对埋管换热器传热的影响、埋管形式、埋管深度、地下埋管系统环路方式、埋管材料、埋管间距、埋管内工作流体以及地下岩土热平衡等问题。     

不同回填材料下地埋管换热器性能的实验研究

实验研究了原土(粉细砂)和中粗砂回填条件下双U形地埋管换热器的传热性能,获得了换热量随管内流体平均温度的实测变化曲线。结果表明,换热量与流体平均温度之间呈线性变化规律,在地埋换热器工作温度范围内,中粗砂回填时的换热量比粉细砂回填时高约10%(取热工况)和6%(排热工况)。建议在选择回填材料时,应在考虑其对地埋管换热器传热特性影响的基础上,进一步考虑其经济性。     

Entwurf und Ausführungsplanung der Stöbnitztalbrücke

Auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle werden zurzeit einige Talbrücken realisiert, die einen neuen, ganzheitlich orientierten Entwurfsansatz verfolgen. Bei diesen integralen bzw. semi‐integralen Bauwerken sind die Überbauten monolithisch mit den Pfeilern und teilweise mit den Widerlagern verbunden. Sie können deshalb schlanker und mit stetigen Übergängen zwischen den Bauteilen ausgeführt werden. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen und durch die robuste Bauweise besitzen integrale Bauwerke eine wesentlich längere Lebenserwartung als herkömmliche Talbrücken. Die Scherkondetalbrücke und die Gänsebachtalbrücke wurden bereits in vorherigen Ausgaben beschrieben. In diesem Beitrag wird über den Bau der Stöbnitztalbrücke berichtet, die als Sondervorschlag der ausführenden Baufirma realisiert wird. The Bridge over Stoebnitz Valley – a Bridge without Bearings on High‐Speed Railway Route Erfurt – Leipzig/Halle Currently some large valley bridges are under construction on high‐speed railway route Erfurt‐Leipzig/Halle. These bridges follow a new holistic design philosophy. The superstructures of those integral or semi‐integral bridges are rigidly connected to the abutments and the columns. Therefore, they are more slender than conventional bridges and the bridges are very robust and durable because of the omitting of bearings and dilatation joints. The bridges over Scherkonde valley and over Gaensebach valley were already described in previous issues. In this paper the construction of the bridge crossing Stoebnitz valley is reported. This bridge is being built as an alternate design of the contractor.     

Berücksichtigung von Viskoelastizität bei der Beurteilung von Zwangbeanspruchungen erhärtender Massenbetonbauteile

Der nachfolgende Aufsatz behandelt die Berechnung und Messung von hydratationsbedingten Zwangspannungen in massigen Betonbauteilen. Dabei wird auf das zeitveränderliche und viskoelastische Materialverhalten des Betons und dessen Berücksichtigung innerhalb eines numerischen Berechnungsverfahrens besonders eingegangen. Die vorgestellten Zusammenhänge werden anhand eines Dehnstabmodells mathematisch beschrieben und innerhalb eines FE‐Modells numerisch implementiert. Im Zuge des Betonierens einer Sohlplatte eines Schleusenbauwerks werden die Berechnungsergebnisse mit Messdaten für die Spannungsentwicklung verglichen und bewertet. Consideration of Viscoelasticity in Computation of Hydration induced Stresses in Massive Concrete Members The present document reports about the computation and measurement of hydration induced stresses in massive concrete structures. It focuses on the time dependent and viscoelastic material properties of concrete and their consideration within a numerical computation procedure. The presented relationships will be described mathematically by using a strain‐rod‐model and be implemented in a FEM‐Model. The computed results will be compared and evaluated by using measured stress data obtained during the casting of a lock's base slab.     

Computertomografische Untersuchung von Stahlfaserspritzbeton mit mehrdimensionalen Transferfunktionen

Der Verbundwerkstoff Stahlfaserbeton bzw. Stahlfaserspritzbeton (SFRSpC) findet in der Geotechnik eine breite Anwendung. Für die Modellierung des mechanischen Verhaltens ist das Wissen über die Verteilung und Ausrichtung der Fasern im Beton von entscheidender Bedeutung. In einer Bachelorarbeit wurden die Stahlfasern in Bohrkernproben mit Hilfe der Computertomografie (CT) am Österreichischen Gießerei‐Institut (ÖGI) sichtbar gemacht und die Orientierung jeder einzelnen Faser anhand der STL‐Schnittstelle und weiterer Software berechnet, statistisch ausgewertet und grafisch, ähnlich dem Schmidt'schen Netz, dargestellt. Dieses zeitaufwändige Verfahren wurde von VRVis durch ein Postprocessing automatisiert. Die Stahlfasern können bezüglich ihrer zwei Hauptwinkel in Echtzeit exploriert, klassifiziert und dabei visuell überwacht werden. Es bieten sich verschiedene Möglichkeiten der statistischen Auswertung an. Ein Richtungs‐Kugelhistogramm, ebenfalls dem Schmidt'schen Netz ähnlich, ermöglicht dem Anwender, die Richtungsverteilung der selektierten Stahlfasern auf einen Blick zu erkennen. Die Farbkodierung der Richtungen wird auch für die 3D‐Visualisierung der Stahlfasern übernommen, um die räumliche Erfassung der Richtungsverteilung im SFRSpC selbst zu erleichtern. Computertomographic Investigation of Steel Fibre Reinforced Sprayed Concrete using Multi‐Dimensional Transfer Functions The composite material steel fibre reinforced concrete or steel fibre reinforced sprayed concrete (SFRS) is widely used in geotechnics. For the modelling of the mechanical behaviour the knowledge of the distribution and orientation of the fibres in the concrete is of particular importance. For a bachelor thesis the steel fibres in drill cores were investigated by computed tomography (CT) at the Austrian Foundry Research Institute (ÖGI). The orientation of each fibre was calculated using a STL‐interface and further software tools. The results were statistically evaluated and graphically represented using Schmidt's net. This time consuming (expensive) method was automated by a post‐processing of VRVis. With that tool the steel fibres in the sample can be explored, classified and visually examined in real‐time regarding their orientation in two angles. Different possibilities of statistical evaluation can be implemented. A real‐time direction sphere histogram (DSH), comparable to Schmidt's net in 3D allows the user to recognise the distribution of orientations of the selected fibres at a glance. The colour‐coding of the different orientations is also used for the 3D‐volume‐view of the fibres, to easily identify the spatial distribution of orientations in the SFRS sample.     

Rheinbrücke Breisach – Umbau und Instandsetzung einer 45 Jahre alten Stahlkonstruktion

The Rhine Bridge at Breisach – Alteration and maintenance work at a 45‐years‐old steel structure across the river Rhine. The Breisach Rhine Bridge between Breisach in Baden‐Württemberg, Germany, and Neuf‐Brisach in Alsace, France, is next to the Europe Bridge Kehl–Strasbourg the most important road connection between the two countries. The three‐pillar road bridge was built in 1962 using the foundation of an old railway bridge. The box girder of the bridge is welded as well as riveted and bolted. Both the design of the curb with its underseepage – a feature that was often used at that time but is now out of favour – and damages at the drain pipes in the girder box led to significant corrosion damage. In the future a bicycle lane will run over the bridge. For this an enlargement of the southern footpath is required. Bridge repair and maintenance work began in the spring of 2008. In this paper not only the details of the projects will be considered, but also the solutions to the problems discovered during repair work. An additional special feature of the bridge is the fact that two road construction agencies, one French, one German, are in charge of maintenance.