土壤热渗耦合作用下U型埋管换热器换热特性数值模拟

建立了管内流体流动及周围土壤热渗耦合传热的垂直U型地埋管换热数理模型,采用数值方法对有渗流和无渗流工况下的土壤温度场分布、埋管出口温度、不同渗流速度下的单位井深换热量进行了模拟计算分析。结果表明,地下水渗流作用能减小埋管出口升温幅度,在埋管入口平均温度为33℃时,有渗流工况下的埋管出口平均温度为29.91℃,无渗流工况下的埋管出口平均温度为30.85℃。单位井深换热量随渗流速度的增大而增加,当地下水渗流速度为10 m/a和400 m/a时,与无渗流工况相比,单位井深换热量分别增大了约6.33%和71.33%。     

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟

针对土壤耦合热泵地下U型换热埋管,建立了管内流体以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型。所建模型考虑了U型管的实际形状,土壤考虑为饱和多孔介质,管内湍流流动采用R ea lizab le k-ε模型。采用F luen t软件对模型进行模拟计算,得到了管内流体以及周围土壤温度分布。分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响,并对考虑渗流作用时不同土壤物性对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场进行了模拟计算与分析。     

垂直单U地埋管换热器进出口水温耦合特性分析

对某一土壤源热泵空调系统供暖期实测的垂直单U地埋管换热器进出口水温进行分析,总结了垂直单U地埋管换热器进出口水温的变化。利用MATLAB软件对垂直单U地埋管换热器进出口水温之间的耦合关系进行函数拟合分析,得到了垂直单U地埋管换热器出水温度随进水温度变化的函数关系式,其相关系数为0.975。运用该函数关系式结合实测的进水温度预测次年供暖期的出水温度值,将预测值与实测值进行比较,相对误差为±8.1%。证明了该函数关系式可用于预测未来每年供暖期的地埋管换热特性,并为类似地质及气候条件下的土壤源热泵系统的设计和运行预测提供参考依据。     

垂直U型地埋管换热器的数值模拟分析

采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的导热系数成正比,通过拟合分别获得平均每天换热量与管内流速、渗流速度和回填材料导热系数的关系式;土壤的热扩散系数对地埋管的热作用半径影响显著;同时渗流速度越大,换热稳定时间越短,土壤圆周方向上各点温度相差越大,且土壤温度场恢复能力越好。     

土壤源热泵U型垂直埋管传热过程的数值研究

针对土壤源热泵地下U型垂直埋管,建立了周围土壤的非稳态温度场的数学模型,并利用Matlab软件进行求解。通过对夏季制冷工况的模拟,研究了管内流量和回填材料对出水温度的影响,还研究了埋管间距和热作用半径对单位管长换热量的影响。     

U型垂直埋管式土壤源热泵制冷性能的实验研究

本文介绍了青岛地区首台Ｕ型垂直埋管式土壤源热泵实验系统,通过对热泵制冷工况的实验研究,得出制冷量与Ｕ型垂直埋管长度间的关系,并回归出热泵的制冷性能系数经验公式。     

竖直U型埋管地热换热器热短路现象的影响参数分析

通过引入换热器出口最高流体温度的概念,对地源热泵竖直U型埋管地热换热器的热短路现象进行了量化,基于竖直U型埋管周围的瞬时有限元模型,对影响热短路现象的主要参数(支管间距和回填料导热系数)进行了模拟分析,得出了量化结果。结果表明,增大支管间距可降低换热器出口最高流体温度,减小由热短路现象引起的热损失;回填料的导热系数对热短路现象的影响较大,当回填料导热系数小于周围土壤的导热系数时,增大回填料导热系数对减小热短路损失有较大作用,而当回填料导热系数大于土壤导热系数时则作用不大,推荐使用导热系数与周围土壤导热系数接近的回填材料。     

U型垂直埋管换热器管群周围土壤温度数值模拟

在所建立的内热源型埋地换热器模型基础上，采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。在对单根换热器不同土壤物性对土壤温度影响模拟结果基础上，着重对U型垂直埋管换热器管群模拟只有取热或只有排热单季运行工况下的土壤温度变化，和既有取热又有排热的双季运行工况下的土壤温度变化，分析各自对地源热泵应用效果的影响。     

不同回填材料对U型垂直埋管换热性能的影响

在天津市一生态居住小区综合办公楼建立了闭环大地耦合地源热泵系统(GCHP)，对该系统所采用的不同回填材料U型垂直埋管-U型桩埋管和U型井埋管换热器分别进行取热和放热的实验研究，对比分析了这两种埋管方式换热器的换热效果与性能及影响因素。并对这两种埋管方式在短期连续放热运行条件下对周围土壤温度场的影响进行测试分析，得出了这两种埋管换热器的热作用半径。     

土训源热泵垂直埋管周围温度场数理模型

本文针对典型的垂直埋管土壤源热泵工况,建立U型埋管周围非稳态温度场的数理模型。并利用有限单元法进行求解。计算值与实测值相吻合。     

地下水流动对地下管群换热器传热的影响分析

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器的影响，该文基于热渗耦合作用下的数学模型，采用整体求解方法求得冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解，从而分析了地下水渗流对其传热过程的影响，结果表明地下水运动对原温度场的影响明显，而且越高的地下水流速影响越大。     

格林函数法在竖直U型地埋管传热计算中的应用

以竖直U型地埋管传热的数学模型为基础,采用格林函数法确定了钻孔外区域的温度分布解析式。通过求解钻孔壁温度,与经典的"负荷叠加"G函数法进行了比较。结果表明,该方法计算速度更快,结果精确。     

竖埋螺旋管地热换热器理论模型及实验研究

对竖埋螺旋埋管地热换热器建立了传热模型，分析了流量、土壤传热系数对热输出的影响，并计算了等效传热系数、竖埋螺旋埋管换热器对土壤温度场的影响情况。在理论计算的基础上，对一竖埋螺旋管地源热泵系统进行了实验研究，对比分析了理论计算值和实验测试值，并分析了热泵系统的性能。     

单U、双U型埋管换热器换热性能与经济性研究

结合实际工程建立单U型与双U型埋管换热器实验系统,进行夏季排热和冬季取热实验。以单位井深换热量为评价指标对不同埋管方式的换热性能进行分析比较,得出排热和取热工况下,双U型埋管单位井深换热量均高于单U型。同时,分析了单U与双U型埋管换热器的经济成本构成,采用投资成本指标、静态投资成本差值和投资成本比数等参数,从换热性能和经济成本两方面对地下埋管换热器进行综合评价。     

U型管埋地换热器长期性能的实验研究与灰色预测

对实际运行的U型埋地换热器长期性能进行了实验研究。根据灰色理论,建立了换热量和传热系数等参数的GM(1,1)预测模型,预测结果与实际测试具有较好的吻合性。管埋地换热器在长期运行过程中,由于冬夏负荷之间的不平衡问题,夏季工况很可能会出现恶化现象,其工况可分为过渡区、稳定区和衰减区3个阶段。引入无量纲运行时间τ来表征平均传热系数的长期运行特性,即K=ατb,并初步确定了夏季工况的时间域:过渡区τ=0~25%,稳定区τ=25%~80%,衰减区τ=80%~100%。灰色预测能够为系统的稳定运行、性能评价以及进一步优化提供定量化参考依据。     

地下含湿岩土热渗耦合模型及换热埋管周围土壤温度场数值模拟

考虑了地下水的渗流作用和U型换热埋管的实际形状,建立了U型管地下换热器管内流体以及周围土壤热渗耦合物理数学模型.模型将土壤视为均匀的、各向同性的饱和多孔介质,土壤中水的渗流视为二维.管内湍流流动采用Realizable k-ε模型,数值计算采用Fluent软件.给出了管内流体以及周围土壤的温度分布数值模拟结果,分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响、U型管两支管的热短路作用及回填材料对土壤温度场的影响.所得结论对地下换热器的设计具有理论意义.     

垂直埋管热湿传递线源模型的建立及其计算条件

现有的土壤传热模型忽略了水分迁移对传热的影响,根据质量与能量守恒原理,在原有的垂直埋管土壤源热泵一维线源模型上发展了传热传湿数学模型,并对模型中土壤的各参数进行了分析,为下一步的数值模拟计算以及进一步研究土壤含水率对传热影响奠定基础。     

土壤源空调系统全年运行设计与计算分析

采用贝塞尔函数求解了U型埋地换热器在稳态和正弦波边界下的解析解,可计算给定全年动态负荷下埋地换热器内流体温度,并据此判断埋地换热器的设计能否满足建筑物的要求.给出了在不同因素影响下流体全年最高温度和最低温度与U型管单位长度设计取冷(热)量的关系曲线,可用于指导U型埋地换热器的设计.得到了建筑物全年累计耗热量和耗冷量、最大热负荷和冷负荷应满足的关系,可用于指导建筑物冷热源方案的搭配.     

地源热泵用R22及替代工质热力性能研究

采用CSD方程，针对地源热泵的供暖和空调两种运行工况，对R22及替代工质的系统循环热力性能进行计算，分析和检验R22某些替代工质是否适应于地源热泵，并推荐合适工质。