冷热循环作用下砂土地基能量桩热传递特性测试系统

能量桩是一种兼具换热和承担建筑荷载功能的新型建筑节能技术,为研究冷热循环温度影响下能量传递特性,设计了一套新型的能量桩模型实验及测试系统,较为系统地研究了砂土地基中预制单U型混凝土能量桩的传热特性。试验结果表明:在能量桩换热过程中,热量更易从桩体传递到土体;冷热循环中,桩身温度差异较小,温度沿桩身分布均匀;制热工况下能量桩在土体中的温度影响范围大于制冷工况,能量桩换热效率随着桩身与土体温度差异的减小而减小。     

制冷工况下PHC能源桩的换热性能分析

为研究不同因素对预制高强混凝土(precast high-strength concrete,PHC)能源桩换热性能的影响,建立PHC能源桩三维数值仿真分析模型,分析不同注浆回填材料导热系数、热交换管入口温度、桩体导热系数和PHC桩回填直径对PHC能源桩换热性能的影响.结果表明,PHC能源桩的换热量随注浆回填材料导热系数的增加而增大;制冷工况下,提高热交换管的入口温度有利于提升PHC能源桩的换热量;桩体导热系数的增加会提高PHC能源桩的换热性能;PHC能源桩的换热量随着PHC桩回填直径的增加而逐渐提高.通过田口法分析了不同因素对PHC能源桩换热性能的影响,热交换管入口温度的影响最大,其次是注浆回填材料导热系数和PHC桩回填直径,桩体导热系数的影响最小.研究结果可为PHC能源桩的工程设计和应用提供技术支撑和指导.     

分层渗流条件下地埋管群换热特性研究

使用三维CFD（计算流体力学）方法对有地质分层和地下水渗流的竖直U型地埋管群模型进行数值求解。最终得到不同渗流速度、不同土壤孔隙率、不同管内流速和不同渗流方向下地埋管群的总换热量和土壤温度分布云图,并且分析了它们对地埋管群换热性能的影响。结果表明,地下水渗流对地埋管群换热器的换热性能影响显著,渗流速度越大地埋管群换热性能越好。但是随着渗流速度增加,管群的换热增幅会降低;土壤孔隙率越大,地埋管群换热性能越弱;管群换热量随着管内流速的增加而增加;相对于垂直方向渗流,对角线方向渗流会加大地埋管群的换热性能,因此管群布置优化有利于提高地埋管群的换热性能。     

不同种类地埋管换热器换热试验与仿真

相比传统钻孔埋管换热器地热采集技术,不断优化的能源桩技术在建筑节能工程应用中更具高效及经济优势.根据深层埋管型能源桩、桩内埋管型能源桩及传统钻孔埋管换热器3种不同地埋管换热器的结构特点,通过现场试验及数值模拟分析3者换热特性.结果表明,相同埋深下,深层埋管型能源桩单桩换热量及换热效率均高于传统钻孔埋管换热器;相同桩长下,深层埋管型能源桩单桩换热量高于桩内埋管型能源桩;桩基的高导热性可显著提高换热器的换热效果,深层埋管型能源桩的井-桩段换热比达到1.95;深井的设置不仅可以降低桩基热堆积引起的热干扰,还可以弥补换热管间距较小对换热量产生的不利影响.研究表明,通过优化换热器施工工艺,降低换热管间的热干扰效应,可有效提高换热器整体换热效果.     

黏土地基中能量桩传热性能研究

为研究黏土地基中能量桩的传热性能,本文建立能量桩有限元模型进行传热模拟,并搭建小型试验台验证模拟所得数据.试验分析了24 h内不同时刻黏土的温度变化规律及3种间歇运行模式下黏土的传热效率.结果表明,能量桩热量传递的作用范围沿径向扩展,随着运行时间增加,土壤温度先迅速上升再趋于平缓最后达到平衡态,且3h～7h土壤传热效率...     

翅片间距对两流路双排管蒸发器换热影响分析

翅片管蒸发器换热性能直接影响制冷空调机组能效,调整翅片间距是增大换热面积、改进换热效果的有效途径。文章建立了翅片管蒸发器的流体流动简化模型,利用EVAP-COND软件模拟了外掠气流中三角风速分布工况下,不同翅片间距对两流路双排管蒸发器换热性能的影响。结果表明:翅片间距越大,蒸发器的换热量越小,翅片间距为1.75、2.00、2.25、2.50 mm时的换热量分别比1.50 mm时减小了4.4%、9.02%、14.1%和18.2%;翅片间距越大,制冷剂流量就越小,蒸发器的总换热量也就越小;蒸发器中显热比随翅片间距的增大而降低,综合考虑空气阻力损失及换热,翅片间距为2.00 mm较为合理;不同翅片间距工况下,制冷剂在不同支路每根管内吸热对外掠空气降温影响与换热量一致。     

湛江组结构性黏土触变性对群桩承载力时效性的影响

对7套不同桩材、桩间距、桩长的模型群桩基础进行不同休止时间(0d、7d、14d、28d、60d、90d)的桩周土十字板剪切试验和桩基静载试验,探究桩周土抗剪强度和桩基承载力随休止时间的变化,揭示湛江组结构性黏土触变性对群桩承载力时效性的影响规律。结果表明:湛江组结构性黏土的抗剪强度随休止时间增加而增长,相同休止时间情况下,桩周土触变强度比率随桩材弹性模量、桩间距、桩长的增大而减小;群桩的荷载沉降曲线呈明显的陡降型,具有明确的破坏荷载,群桩的极限承载力具有明显的实效性,相同休止时间情况下,极限承载力随桩材弹性模量、桩长和桩间距增大而增大;桩基承载力时效性系数与桩材、桩间距和桩长有关,相同休止时间情况下,桩材弹性模量和桩间距越小,承载力时效性系数越大,桩长越长时,承载力时效性系数越小;湛江组结构性黏土触变强度比率与桩基承载力时效性系数呈对数函数关系。     

湛江组结构性黏土桩基群桩效应

利用自制的群桩模型装置,在湛江组结构性黏土中进行原位试验,获得不同桩间距、不同桩长情况下群桩效应系数实测值;对比分析了不同理论群桩效应系数公式计算值与实测值的误差;讨论了不同理论群桩效应系数公式的适用性。结果表明：承载力群桩效应系数实测数随桩间距增大而增大,在０.７５０～０.９１７变化;侧摩阻力群桩效应系数随桩间距增大而增大,在０.７８２～０.８９７变化;Ｃｏｎｖｅｒｓｅ-Ｌａｂｒｒｅ群桩效应系数计算值与实测数据比较吻合,相对误差在－１.９％ ～６％;考虑应力叠加的群桩效应系数计算值与实测值相差较大。     

扩大支盘桩群桩抗拔特性的有限元分析

桩基础在工程建设中得到了广泛应用,从安全性上考虑,对群桩抗拔承载力的研究尤为重要.根据Plaxis3D Foundation模拟结果,分析了在上拔荷载作用下桩数、桩距及桩长对群桩上拔位移的影响.模拟结果表明,桩长对群桩效应系数几乎没有影响;桩距越小,桩间土体的位移越大;桩数、桩间距是影响群桩抗拔承载力的主要因素.     

U型垂直埋管非稳态换热的数值模拟与研究

采用有限容积法,使用计算流体力学软件对有效换热长度为120m的单U型地埋管进行三维建模和非稳态数值模拟。在考虑U型地埋管管壁热阻的情况下,分析了单U型地埋管不同土壤初始温度及不同进口流速对地埋管持续运行及间歇运行三个月的换热性能和热响应的影响。模拟分析结果表明:相同的土壤初始温度下,随着流速增大单位井深换热量和出口温度均增大;流速对出口温度的影响比土壤初始温度对出口温度的影响大;间歇运行期间平均单位井深换热量比连续运行大0.7W/m。     

地埋管绝热措施下的换热强度

地源热泵系统换热效果所受到的影响因素很多,地源热泵换热量的大小是反映系统换热性能优劣的重要参数.通过CFD数值模拟软件分析了单U地埋管保温、不保温和保温长度不同及不同流量下的换热情况,得出了地埋管的单位井深换热量是随着流量的增大而增大,保温地埋管换热能力要高于非保温管,且保温层深度要适宜的结论.同时,结合实际工程实测数据进行对比分析,验证了模型及数值模拟结果的正确性.     

渗流条件下地埋管换热器热短路现象的数值研究

针对渗流条件下地埋管换热器受到热短路影响,导致夏季埋管出口水温上升以及换热量减少的现象,采取在进出水支管间加装隔热板的措施进行优化。通过对单U型地埋管换热性能的数值模拟,对比分析了加装隔热板前后的传热过程,并深入研究了隔热板的几何尺寸和安装位置对换热量的影响。结果表明：加装隔热板可有效抑制地埋管换热器的热短路现象,提高换热能力;隔热板宽度为120 mm时,U型地埋管换热器换热性能最优;隔热板高度取50 m时,换热器单位井深换热量最大,达到44.703 W/m;将隔热板安装在两支管中心向出水管侧偏移2 mm处,换热效果最佳。     

桩埋螺旋管地热换热器的数值模拟

建立桩基螺旋埋管地下换热器二维非稳态数值模型,考虑到不同的土壤初始温度,分析螺旋盘管间距及桩基深度对换热的影响.模拟结果表明,桩基螺旋地埋管每米换热量与盘管间距成线性关系,随着盘管间距的增加,每米螺旋管换热量的增加量减少;而对于桩基深度的增加,地埋管平均每米换热量仅略微降低,每米桩深相对减少量小于1.1%.     

管-砂土横向相互作用中土体极限承载力

为了解决国内外规范中关于管-土相互作用横向承载力系数取值方面存在不足的问题,基于Trautmann管-砂土横向相互作用试验,利用ABAQUS软件进行了相应的数值模拟。首先,利用模型试验结果对数值模型进行正确性验证,进一步分析了管径变化、深埋对土体承载力系数取值的影响,研究分析发现：深径比一定时,随着管径的增加,横向承载力系数减小;横向承载力系数与深径比的关系呈指数型曲线变化规律,并从土拱效应的角度解释了呈现该规律的原因。最后,针对砂土地基,建议了一个以深径比、管径、土体内摩擦角为自变量的土体承载力系数计算公式。     

管桩土塞效应模型试验研究

土塞效应会对管桩的贯入阻力和承载力特性产生明显影响,这是开口管桩重要的特征之一.通过开展粉质黏土和砂土的开口管桩室内模型试验,模拟开口管桩的压桩过程,分析不同因素对管桩土塞效应的影响.试验结果表明:土体的性质对模型桩内的土塞效应有重要影响,相同加载条件下模型桩内砂土的土塞高度均大于黏土的土塞高度;管桩土塞最大高度随桩径的增大而减小;模型桩的取芯高度与模型管的压入速率关系密切,随着压桩速率的增大,土塞高度也显著增大.     

翅片管式相变储能换热器蓄放热性能的数值研究

针对目前换热器热量利用率不高、换热效率低的问题,提出一种翅片管式相变储能换热器。建立翅片管式相变储能换热器的二维传热模型,采用ANSYS软件对翅片管外相变材料的熔化和凝固过程进行数值模拟,分析不同翅片参数对相变熔化和凝固时间的影响,得出蓄放热阶段的传热规律。结果表明:在蓄热阶段,相变材料在同一高度优先在靠近换热管管壁处开始相变;在同一垂直面上,自上而下熔化。在放热阶段初期,相变区域对流作用较明显,相界线弯曲程度较大;后期时,对流换热作用逐渐减弱,固液相界线趋于平直。翅片的导热系数、厚度、间距的变化会影响相变材料熔化和凝固的时间,其中翅片间距起主要作用。     

冬季工况地埋管换热器换热特性的影响因素

地埋管地源热泵技术可为冬季桥梁融雪工程提供绿色、环保的解决方案,但冬季工况地埋管换热效率的影响因素尚不明确.针对单U型地埋管换热器,采用数值计算方法,研究入口温度、回填材料配比、孔深和间距对冬季取热能力及周围土壤温度分布的影响.结合某桥梁实际供暖工况,建立3种不同埋深的单个换热器模型及3种不同间距的换热器群模型,并进行多工况条件下的影响因素对比分析.结果表明,系统运行48 h时,入口温度为2℃条件下的换热功率将较8℃时提高约82%;降低回填料中膨润土的质量分数有利于换热;随着换热器深度增加,每延米取热能力下降;扩大换热器间距可减弱彼此间的热干扰效应;运行8 h时,间距4 m条件下较间距3 m时换热功率提高5.4%,间距5 m条件下较间距4 m时提高1.9%.     

矩形直肋地埋管换热器换热特性模拟分析

为强化地源热泵系统竖直地埋管换热器换热性能,设计了一种矩形直肋地埋管换热器,建立了矩形直肋地埋管换热器地下传热模型,利用Matlab软件模拟分析了直肋地埋管结构参数、运行参数对单U型和双U型地埋管换热器换热性能的影响。结果表明:当入口水温32℃,流速0.6 m/s,埋深100 m时,8片直肋单U型与双U型PE地埋管的单位埋深换热量与光滑管相比,分别提高了19.12%和18.28%。根据矩形直肋地埋管各参数与单位埋深换热量的相关性分析,肋片高度和肋片个数对换热性能的影响最为显著。     

DX桩单桩荷载传递机理有限元分析

通过有限元数值模拟,从研究DX桩单桩承受竖向荷载时的轴力以及侧摩阻力沿桩身的分布入手,分析桩顶荷载在各扩径体上的分配以及各扩径体分担荷载的发展过程,并比较了不同桩型轴力特点,揭示了DX桩单桩荷载传递机理,为合理设计该类桩提供了依据.     

砂土中静压桩挤土效应的研究

为了研究静压桩在砂土中沉桩时的挤土效应,采用有限元模拟软件ABAQUS建立静压桩贯入的三维模型。采用Mohr-Coulomb屈服准则,考虑大变形以及位移的非线性、材料的非线性,利用位移贯入法实现桩的连续贯入,并利用室内物理模型试验验证了数值模拟的可行性。对模拟结果进行分析,得到沉桩过程中不同路径上应力和位移的变化曲线图。结果表明:当沉桩深度为5倍桩径时,地表土竖向和水平向位移均在距桩轴线1.2倍的桩径处达到最大值;随着静压桩的不断贯入,土体的水平和竖向位移最大值在逐渐增大,且增速趋于平缓;水平和竖直应力随着沉桩深度的增加而先增大后减小,在桩尖处出现明显的应力集中现象;随着径向距离增加,土体应力迅速减小。