垂直U型管换热器周围土壤温度场的数值模拟

目的 分析地下U型埋管周围土壤的温度分布情况,了解埋管周围土壤温度随时间的变化规律.方法 在夏季制冷工况下,对地埋管换热器中的单U型管建立了非稳态数学模型,应用数学软件MATLAB中的PDETOOL进行求解,对地埋管周围土壤的温度分布状况进行了模拟.结果 随着热泵的不断运行,埋管周围的温度越来越高,热作用半径越来越大,热泵运行10 h后,热作用半径为0.5m,埋管周围土壤温度最高达26℃.热泵运行2190 h(90 d)后,热作用半径为10 m,埋管周围土壤温度最高达45℃.结论 通过数值模拟,得出了埋管周围土壤温度随着时间的变化规律,热泵不能连续运行,要间歇运行.     

寒冷地区土壤源热泵长期运行土壤冷堆积研究

寒冷地区土壤源热泵长期运行时,土壤冷堆积情况直接影响到热泵系统的运行性能.本文以呼和浩特市某办公楼为研究对象,建立了其土壤源热泵系统模型;按照夏季延米换热量为60W/m的设计条件,模拟了热泵系统在黏土地质下运行10年的土壤温度场变化情况及机组性能变化情况.结果表明,埋管周围5m范围内土壤平均温度呈逐年下降趋势,土壤冷堆积速率为0.27℃/年.随着冷堆积的增加,机组源测进口水温变化,机组制热性能逐渐下降.因此,需要采取辅热措施,如辅以太阳能热泵系统,来保证土壤源热泵系统在全寿命周期内高效运行.     

地埋管换热器非稳态换热性能的实验研究

通过对一个土壤源热泵系统非稳态连续制冷工况运行情况的测试,总结了土壤温度、埋地管换热器进出口水温及换热性能随时间的变化规律,比较了3种换热器在非稳态连续换热过程换热性能的差异.对比实验结果发现,双U形管换热器单位井深换热能力最强,是单U形管的1.05倍,是套管的1.73倍.比较了这3种换热器管内的流动阻力.     

冷却塔辅助地源热泵系统设计及运行控制策略优化

土壤热平衡对地源热泵系统的长期稳定运行和经济性能具有重要影响.地下埋管换热器换热情况复杂,各地区地域特征和气候具有较大的差异性,且建筑物类型的多样性,需要针对具体工程开展有针对性的研究.以南通地区住宅建筑为例,利用Design Builder能耗模拟软件,进行了全年逐时负荷计算.运用TRNSYS建立了冷却塔辅助地源热泵系统动态仿真模型,对系统冷却塔容量的确定和运行控制策略进行了优化.综合初期投资和运行费用,冷却塔按50%容量选型,与地埋管串联,源侧热泵出口和土壤温度差值大于等于10℃.而且,冷凝器入口温度和当地湿球温度的差值大于等于4℃开启运行,为经济性能最好的方案.     

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。     

地源热泵土壤热物性测试与分析

运用恒热流测试原理自主研发了岩土热物性测试仪,通过现场测试的方法,调整加热管的加热功率、埋管中循环水流量、埋管进出口水温随时间变化规律,利用线热源理论确定了地下岩土的热物性参数。实验表明,土壤初始温度的测量精度对于提高土壤的导热系数是至关重要的,在未扰动的土壤温度以及给定PE管材的条件下,测试时间为50小时左右时,土壤导热系数逐渐趋于稳定,收敛于3.109 W/(m.℃),整个测试过程平均导热系数为3.489W/(m.℃),该结果为地源热泵系统的准确设计提供了依据。     

寒区土壤源热泵换热埋管的水热力耦合分析

为解决寒区土壤源热泵地下埋管冻胀安全性问题,根据传热学、渗流和冻土力学理论建立寒区土壤源热泵水热力耦合的数学力学模型及其控制方程。利用FEPG有限元自动生成软件,对大庆油田某土壤源热泵地下埋管所在土体内温度场分布、冻胀位移及应力作用进行仿真计算,并对不同深度、不同回填区土壤导热系数、不同管脚间距情况进行了对比分析。结果表明,土壤源热泵运行初期,土壤未冻结,埋管的位移量很小。土壤温度达到相变温度后,土体冻结体积增大,埋管发生挤压变形。当土壤温度超过冻结相变区（-0.75℃,-0.30℃）时,埋管不会发生连续不断的变形。     

竖直U型地埋管群传热特性模拟

为了探究不同因素对竖直U型地埋管管群传热特性的影响,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,建立三维非稳态传热物理数学模型。在试验验证和单井的研究基础上,以1 a为研究周期,分析了地埋管管群排列方式、热泵蓄取功率比以及土壤类型对竖直U型地埋管管群周围土壤温度场分布的影响。研究表明：钻井间距一定时,地埋管排列方式对地埋管管群周围土壤温度场分布的影响很小;在热泵运行时间一定时,土壤热扩散系数越大,钻井间土壤温度重叠区域越大;土壤导热系数越大,土壤温度波动幅度越小;蓄取功率比越小,土壤热失衡越严重;对于冬季热负荷较大的地区,可以适当地提高热泵蓄取功率比。所建模型得出的土壤温度值与试验值吻合度较好,其最大误差为14.2%。     

管道停输开挖过程传热数值计算

埋地管道在运行过程中有时会因意外情况而需要停输。在停输过程中,管内油品的温度和土壤温度场的变化很大,会影响管道的安全输送,因此研究停输过程中管内油品的温度和土壤温度场对埋地管道的安全运行有重要的意义。模拟了埋地管道停输时土壤开挖过程中的土壤区、管内油温以及开挖区等三个区域的温度场变化情况,并模拟了开挖区域温度的变化对土壤温度场、管内油温的影响,得出了管内油温和土壤温度场的变化规律,研究结果可为管道的安全生产提供一定的科学依据。     

管群间歇散热的土壤温度响应与恢复特性

为了分析地下水渗流作用下地埋管群的传热性能,基于移动有限长线热源模型解析解,结合叠加原理给出地埋管群在土壤中散热所引起的动态温度响应的解析解.对一个3×3顺排管群在土壤中的传热过程进行三维动态数值仿真,验证解析解的正确性.基于解析解研究地下水渗流作用下管群换热器连续和间歇散热所引起的土壤温度响应特征.结果表明:当间歇运行时,可缓解管群间的热干扰,使得土壤温升显著减小,即土壤温度得到一定程度的恢复.针对地埋管间歇散热的情况,探讨渗流速度和土壤热物性对土壤温度响应和恢复特性的影响规律.结果表明:渗流速度越大,土壤温度恢复的幅度越大,且土壤物性对土壤温度响应和恢复特性的影响也很明显.地埋换热管群所引起的土壤温度响应和恢复特性受地质状况和地下水渗流速度的综合作用影响.     

化学反应热管的研究

本文提出了一种利用化学反应的反应物和生成物作为传热工质，通过化学反应和相变进行传热的新方法。文中提出了一种新的传热元件－化学反应热管，同时给出了化学反应热管的四个传热极限。     

竖直U型埋地换热器两支管间热量回流的分析

竖直U型埋地换热器两支管间存在的热量回流(“热短路”)现象对换热器实际的传热性能有较大的影响，这是工程技术人员在设计和施工U型埋地换热器时必须考虑的问题。本文利用地热换热器传热模型及设计软件，对竖直U型埋地换热器两支管间的热量回流现象进行了分析，着重讨论了两支管间距和回灌材料的导热系数对热量回流的影响。提出了减小热量回流的措施。     

对现行热价的探讨

本文根据黑龙江省一些地区的实际情况，分析了现行热价以及热力成本偏高的影响因素，并对热价以及供暖收费办法提出了一些有益的建议．     

余热制冷及供热技术的研究与应用

具有代表性的大型石油化工企业引进的聚酯纤维生产装置为实例,研究建立最佳的废热蒸汽回收系统,以低品位废热蒸汽和蒸汽冷凝水两相介质为热源,利用改型的汽—水型溴化锂吸收式制冷机和热能转换系统进行集中供冷、集中供热,实现废热资源化。从而解决了外方技术遗留下来的热力系统不完善、能级匹配不合理,致使大量废热蒸汽对空排放、浪费能源、污染环境、危及安全生产等十多年没有得到解决的技术难题。     

长肋散热的计算

本文结合工程实际情况,考虑到换热系数与温度的函数关系,给出了用以计算长肋散热量的公式。可供电子设备热设计时使用.     

换热器传热特性的试验方法研究

本文提出了一种新的研究换热器传热特性的试验方法.按着传热的基本原理,应用最优化方法,得出可以同时准确的确定换热面两侧冷、热流体的对流换热规律.这种方法进一步发展和改进了 Wilson 方法.它可以进行多个末知参数的计算,有较高的计算精度.文中依据理论分析和应用实例测试,验证了该方法的数学可行性.     

矿井深部开采的高温气候热源及热因分析

通过调查分析,得知某矿床开采深度下降之后,地温、空气自压缩热和热水是主要热源,通风能力不足是主要热因。为改善井下高温气候条件,提出了优化通风系统、缩短进风和回风线路长度、增加通风量、改善通风效果、辅以制冷的综合降温措施。     

超低温热管换热器的优化设计软件开发

热管换热器因其优良的传热性能在余热回收中被广泛应用。以某电站58 MW循环流化床锅炉为研究对象,采用VC++和MFC类库技术开发了超低温热管换热器的优化设计程序。该软件具有可视化参数输入和输出界面,集成了流体热力学性质计算模型接口,通过对数平均温差法、离散方法与流动阻力校核等计算方法,实现了针对不同流体的换热器的设计和计算。优化设计结果表明,烟气侧长度与翅片高度存在最佳值,且翅片间距与翅片厚度对换热器的影响最大。     

能源产供系统之热利用准则

分析了终端用能的主体是低品位的热能,一次能源释放第一能量形态的主体是高品位的热能,提出了放热能源和释力能源的概念．以热力学第一和第二定律为基础,建立一次能源的最大利用价值模型,给出一次能源利用品质价值因子、终端用能投资利用价值因子及判别因子,并对多种方案进行评价．指出现代大能源系统存在问题的核心,是没有抓住以热为主体的合理转化与利用以及建在用户处的工业锅炉和热水锅炉没有进行能级梯级利用所带来的弊端,提出合理地转换与利用是一切能源产供系统合理利用能源的生命线．在此基础上,提出一次能源之热利用准则．最后建议,与时俱进,“大小结合,协调发展”实行“两条腿走路”,创建“以热利用为核心的一能多用、多能互补的具有中国特色的现代化分布式能源产供系统”．     

竖直埋管地热换热器的稳态温度场分析

对竖直埋管在半无限大介质中的稳态传热模型进行了分析讨论。采用虚拟热源法有线性迭加原理给出了其解析解，并绘制了其相应的温度分布曲线图，指出了现行教科书中由于混淆淆绝热边界条件与等温边界条件而得出的关于该问题的错误结论。针对工程实际提出了孔壁中点温度和积分平均温度这两个地热换热器孔壁代表性温度的定义，给出了两者的适用于工程应用的简明计算公式，并对两者进行了比较。基于以上分析，进一步讨论了全年冷热负荷不平衡地热换热器长期性能的影响。