地下水渗流作用下地埋管间歇散热特性

为了探求地下水渗流对地埋管换热器间歇运行性能所产生的影响,基于移动的有限长线热源理论模型解析解,利用MATLAB软件编程计算,分析渗流对单钻孔地埋管换热器的影响。同时对比分析了连续和间歇运行情况下其周围土壤的温度响应特征和过余温度场分布特点。研究表明:埋管周围土壤的温度变化是由热流密度、土壤本身的热物性和实际渗流速度耦合作用影响的,而在间歇运行下其因素影响更加明显。     

地热换热器的传热分析

地热换热器是地源热泵系统的重要组成部分。本文综述了作者近年来在地热换热器传热模型方面的研究：提出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，考虑流体工质在深度方向上的温度分布，给出钻孔内热阻的解析表达式；求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应解析解，并指出了Eckert的教科书中相关稳态解的错误；为确定地下水渗流对竖直埋管地热换热器的影响，导得了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。以上工作改进和深化了国际上现有的地热换热器传热模型，并已应用于工程设计和模拟。     

竖直地埋管换热器钻孔外换热解析模型研究现状

根据对热源形状假定的不同,将竖直地埋管换热器钻孔外换热解析模型分为线热源、面热源、体热源3大类,对这3类模型进行了比较分析。结果表明,实际工程中3类模型设计结果几乎没有差别;有限长和无限长热源模型需要很长的时间计算结果才会有明显差异,在满足冷热负荷平衡条件下可以不考虑换热器长度的影响;在不考虑渗流影响情况下,当冷热负荷大致平衡时应采用计算较为方便的无限长线热源模型;在有渗流情况下,当渗流速度达到10-6 m/s时应考虑其影响。     

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。     

地下水渗流对地埋管换热器传热效率的影响

基于垂直单U型地埋管换热器的实际形状,建立了三维非稳态地下水渗流传热模型,分析了夏季工况下地下水渗流速度、渗流温度、地埋管进水温度以及管内流速对地埋管换热效率的影响。引入换热效率系数来量化地下水渗流对地埋管换热能力的影响程度。结果表明:考虑地下水的渗流可以有效的强化换热效率,对地埋管的传热影响显著;增大地下水渗流速度和减小渗流温度可加强地埋管的换热能力;选取合适的地埋管进水流速可降低系统能耗,增加换热量;根据不同的空调房间负荷,合理设计地埋管进水温度能保证热泵主机的高效运行。     

竖直U型地埋管的换热性能分析

竖直U型地埋管换热器是地源热泵系统的重要组成部分,其换热性能直接影响地埋管设计参数的确定.本文以有限长线热源理论为基础,采用叠代法,计算了竖直U型地埋管的换热特性,并进行了实验验证.在此幕础上,对比分析了各相关参数对单U和双U并联地埋管换热器换热特性的影响,为准确确定竖直U型地埋管换热器的换热性能、进行换热器设计提供了必要的参考.     

地下水渗流对单孔地埋管换热器换热性能影响的数值模拟

建立了二维地下水渗流条件下地埋管换热器的数值计算模型,对单孔地埋管换热器周围的土壤温度场进行了数值模拟。为了验证数值模拟方法的可行性,将模拟结果与地下水渗流条件下的移动线热源理论解析解进行了对比,结果显示,当R=0.5和2.5时,模拟结果的相对误差分别为0.72%和5.42%,具有较高的精确度。模拟结果表明,当贝克来数Pe6时,即地下水渗流速度小于3×10-7 m/s(9.46m/a)时,可以忽略地下水渗流产生的对流换热的影响。     

基于渗流模型的地下管群传热简化研究

本文基于有限长线热源模型以及地热换热器土壤温度计算程序,通过MTATLAB绘制出集群土壤温度分布云图;着重研究冬夏季负荷不平衡时不同工况下的集群竖埋管土壤温度的简化计算方法;以渗流矩阵形式布置的地下管群为例,采用埋管矩阵代替原地下管群进行传热分析。通过分析比较,认为在地质条件、埋管几何参数、负荷及运行条件等相同情况下,可以通过单根埋管的传热影响半径确定集群埋管传热矩阵,从而代替原集群埋管进行传热分析。     

土壤源热泵桩基埋管换热器的传热分析和设计计算

土壤源热泵具有清洁、节能、高效的特点,能够有效缓解如今的环境危机和能源危机,而桩基埋管技术能节约土地和施工费用,近年来得到广泛应用。总结了桩基埋管换热器传热模型的研究进展;利用有限长和无限长线圈热源模型分析了桩基螺旋埋管换热器的传热性能,对比两种模型计算结果的差异;利用有限长线圈热源模型,对某工程的土壤源热泵桩基埋管换热器进行了设计计算。     

济南某办公建筑地源热泵系统地下换热器的设计

运用叠加原理,以钻孔内准三维模型和钻孔外有限长线热源模型为基础,结合济南地区某地源热泵工程,通过地下岩土热物性测试并分析获得济南地区岩土热物性参数,通过DeST能耗模拟软件生成建筑逐时负荷,通过地热之星软件对该工程的地埋管换热器进行换热特性分析,研究地源热泵系统地下换热器的设计,为地源热泵技术发展提供依据.     

水平螺旋地埋管地源热泵的研究

提出了适合工程设计计算的水平螺旋地埋管换热器的传热模型,该模型以无限大介质中的一维非稳态传热为基础,同时考虑单位面积埋管长度的影响及长期平均负荷和短期脉冲负荷的不同作用。讨论了单位面积埋管长度和土壤的热物性对水平螺旋地埋管换热器的影响。结合工程实例,计算了所需的埋管长度和埋管的占地面积,与竖直埋管系统进行了比较。     

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.     

地源热泵竖直U型管换热器的传热模型分析

合理地分析地热换热器中的传热过程是保证地源热泵空调系统经济可靠地运行和降低其初投资的要求,而传热模型又是传热过程的关键所在,因而确定钻孔内传热模型对于设计地源热泵空调系统中的地热换热器具有重要的意义.在此基础上分析了地源热泵地下换热器的3种传热模型,导出了其解析式,并对比分析了各种模型的特点,为地下换热器的设计和分析提供了更精确地方法.     

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。     

堤坝渗漏圆柱状热源模型及试验研究

 集中渗漏的地下水在流动过程中与岩土体发生热交换,从而改变附近的地温状况。结合集中渗漏通道自身特点假定渗漏通道为圆柱状,对形成集中渗漏通道后的岩土体温度场和渗流场特征进行分析,建立圆柱状渗漏通道热源模型,分别描述渗漏通道内外的传热过程。根据渗漏通道内的水流导热微分方程进行推导,确定通道为有限长和无限长2种情况下的沿程温度分布公式,由实测的温度变化通过反演可求出渗漏流速。通过室内试验模拟地下水渗漏通道的传热问题,得到不同热源强度、边界条件、渗漏水流速等相关因素影响下温度场的分布情况,并计算出不同工况下的流速,与实测数据相比误差较小,由此验证所建立的热源模型和提出的计算方法是可行的。     

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。     

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)。     

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。     

地源热泵垂直套管式换热器传热研究

介绍了地源热泵的特性及其发展前景，分析了现有传热模型的局限性。在V．C．Mei传热模型的基础上，结合系统能量方程和热传导方程建立了套管式换热器的传热模型。采用有限元法和有限差分法对埋管周围的温度场进行了数值计算。通过与实测值的对比表明该传热模型能更好地反映出真实的传热过程和传热机理。