地下水渗流对地埋管周围土壤影响的模拟研究

文章利用商业建模软件GAMBIT和FLURNT对垂直地埋管换热器与周围土壤换热进行了数值模拟,区别于以往的纯导热模型,文章基于饱和多孔介质和地下水流动理论,建立垂直地埋管换热器三维模型,模拟地下水渗流对垂直地埋管换热器周围土壤换热的影响。主要通过三维垂直单U型地埋管换热器的热渗耦合模型,研究在地下水渗流条件下,对周围土壤的影响。     

埋管换热器的实验研究与数值模拟

以自制埋管换热器换热实验台为原型建立模型,用Fluent软件进行数值模拟,模拟进水40℃、45℃、50℃三种工况下连续运行8小时后,埋管换热器周围土壤的温度分布,并用埋管换热器换热实验台做相同工况下的换热实验,取埋深4m、埋深3m、埋深2m处共计12个测温点进行比对,验证数值模拟结果的正确性,并指导数值模拟模型的修正,最后利用数值模拟计算结果分析埋管换热器周围土壤的温度场特性。     

基于内外场合算的垂直埋管换热器传热模型

该文建立了垂直地埋管换热器传热理论模型,该模型能考虑钻孔内比热容和地埋管内循环液体沿竖直方向的对流换热。基于该理论模型编制了相应的计算软件,分析了竖直地埋管换热器钻孔内材料参数对其换热效率的影响。计算结果表明:当钻孔内回填料的导热系数较大、U形管两臂较近时,两臂之间会发生明显的热短路现象;U形管两臂间距越大,换热效率越高;U形管管径越大,换热效率越高;回填料的比热容对地埋管的换热效率在短期内有一定影响,当地埋管地源热泵系统长期运行时,回填料比热容的影响可以忽略;钻孔内回填料的导热系数对地埋管的换热效率有较大影响,当其小于岩土层导热系数时,地埋管的换热效率会随回填料导热系数的增大而较快提高;但当其大于岩土层导热系数时,由于两臂间的热短路增强,地埋管的换热效率随回填料导热系数的增加而趋于平缓。     

地源热泵地埋管换热器换热性能研究北大核心CSCD

地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能具有重要影响,基于传热理论分析及CFD模拟,能够快速精确地分析地埋管换热器的换热性能,提高地源热泵系统方案设计的准确性。本文建立了地埋管换热器的有限长线热源模型,分析了单个地埋管换热器的温度变化情况及单位长度换热量;通过CFD模拟分析了四个单U型地埋管换热器组合的传热特性,得到换热器及土壤的温度场分布,并研究了土壤的温度恢复特性。     

地下水流动对地埋管换热器的影响研究

基于单U竖直地埋管换热器的热渗耦合传热模型模拟分析了夏季工况下地下水流动对地埋管换热器的影响,发现有渗流土壤中随着地下水流速的增加,地埋管换热器单位井深换热量升高,出口水温降低,并且地埋管区域换热达到稳定的时间会缩短,而且使换热器换热达到稳定时能够保持较高的换热量和较低的出口水温。     

稳定运行的土壤源热泵系统管群内、外土壤温度场对比分析

基于上海某工程实例,对长时间(≥10h)稳定运行的土壤源热泵中央空调系统单U型地埋管换热器外壁土壤温度场、管群内土壤温度场、管群外土壤温度场变化进行全年测试,并对三种测试数据做了对比分析。测试结果表明:管群外浅层土壤(深度≤25m)温度一年四季变化波动比较大,且地下浅层土壤温度出现最高月份相比于地上环境出现最高温度的月份存在一定的延迟性;管群内的土壤温度会随着系统的长时间稳定运行呈现升高趋势,使地埋管换热器表面与周围土壤之间换热温差减小,导致换热效率下降。通过数据对比分析发现,对于冷负荷明显大于热负荷的建筑采用土壤源热泵系统,若长时间连续稳定运行对地埋管与土壤之间换热造成的影响夏季明显高于冬季。研究结果表明,适当增加钻孔间距、对地源热泵系统采取间歇性运行的模式对加强地埋管换热器与土壤之间的换热至关重要。     

地下水渗流速度对地埋管地源热泵系统的影响

以某体育场为例,建立地埋管地源热泵系统中长期运行模型,进行为期10年的系统模拟运算,得到该区域土壤温度场变化规律。结果表明:渗流速度对于地埋管地源热泵系统地理管换热器及土壤换热影响较大,地下水渗流速度为15 m/a时,运行3~4年后,换热井所在区域的土壤温度场将趋于稳定,由此可判断在地下水渗流较充分的区域,地埋管地源热泵有条件达到土壤冬夏季热量平衡。     

土壤耦合热泵系统垂直埋管换热器性能影响因素的模拟分析

采用对钻孔内、外2个传热空间分别讨论的传热分析方法,建立土壤耦合热泵系统垂直埋管换热器传热的数学模型。模拟分析冬季换热过程中埋管周围土壤温度的变化,得出取热工况下地埋管换热器换热性能的影响因素。模拟结果将有助于提高热泵系统的循环经济性能。     

土壤温度场对垂直单U形埋管换热性能的影响分析

针对广州地下50m以内土壤温度场,研究广州地区土壤温度的分布特性和变化规律,建立垂直单U形地埋管地下换热区域温度场的三维稳态和瞬态传热模型,模拟冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析不同土壤初始温度对地埋管换热器埋管深度的影响。最后,计算某一别墅工程动态负荷,选用GLHEPRO3．0进行为期30年的系统运行模拟,分析地下埋管区域土壤热平衡对埋管换热性能的影响,从而为广州地区推广使用土壤源热泵系统的长期高效运行提供理论参考。     

放射状地埋管连续储热温度场分析

土壤源热泵系统因为其高效、环保、节能等优点得到越来越广泛的应用。本文分析U形地埋管不同倾斜角及不同圆环直径时周围土壤的温度分布情况,得出地埋管周围土壤温度随时间的变化规律及随深度的变化曲线。建立U形地埋管的二维和三维的数值传热模型,采用Fluent软件对其非稳态的流固耦合换热进行研究。模拟结果表明,放射状地埋管在冬季储热工况下,与水平面呈75°角、圆环直径为4 m的放射状地埋管换热量最大,热积聚效应最小。     

地下水渗流对垂直埋管换热器换热性能影响的实验研究

地埋管换热器的换热性能是地源热泵空调系统设计的关键问题之一。建立了地源热泵砂箱实验台,实验研究了地下水渗流对地源热泵地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:地下水渗流可以强化地埋管的换热,且随着渗流速度的增大,强化换热作用越明显。另外,实验结果也表明,U型管周围温度峰值的位置会沿渗流方向向下游偏移,地埋管群布置时应避开该位置,以强化埋管的换热。     

某大型热泵地埋换热器换热模拟研究

本文首先建立了德阳火车站地源热泵地埋换热器模型。然后利用ANSYSY有限元分析软件进行网格划分和数值模拟,通过实测进出口温度及单位井深换热量等值与相关模拟值对比,验证模型的正确性。在此基础上了主要模拟分析了流体不同入口流速对地埋换热器换热特性的影响,不同土壤物性参数对换热特性的影响。此外,还模拟研究了某一非稳态运行时间段内,不同径向处土壤温度分布。     

地源热泵地埋管热短路问题的研究

地源热泵系统研究的重点和难点在于地埋管换热,归纳了影响地埋管换热诸多因素,认为受管内流体与土壤温差、管内流态、供回水管间距、回填材料导热系数、运行时间长短等因素影响,通过对单U地埋管换热性能的数值模拟,对比分析了保温地埋管、非保温地埋管、不同保温管长度及不同运行工况下换热情况,比较分析的结果表明,保温地埋管换热能力要高于非保温管,保温管长度要适宜,不同运行工况对地埋管进出口温差和换热量影响不同。     

水平埋管换热器换热性能数值模拟研究

为进一步推广水平埋管式地源热泵系统的运用,以土壤毛管水理论为基础,结合数值仿真试验探讨了水平埋管换热器在不同地下水位深度、不同土壤类型、不同水平管换热器构造下的换热性能,通过对输出参数埋管出口水温、水平管延米换热量以及土壤温度场分布情况的分析,揭示了相关参数对水平管换热性能的影响机制.研究表明:随着地下水位线埋深变浅,...     

基于测试工况下的四川青川地区地源热泵系统 地埋管换热性能分析

通过热响应测试,对四川青川地区某工程场地地质和地埋管换热情况进行了勘察及测试分析。地勘结果表明地下渗流对地下换热有明显影响,获得各测试工况动态负荷下的地下动态换热性能。从测试数据可以分析得到,冬季状态下进行夏季的热响应测试会影响地下换热器的换热性能,并提出了出水管保温等处理措施。根据工况和运行数据分析,提出了合理认识单位井深换热量的重要性。     

内置并联U形埋管能量桩的换热性能研究

建立了内置并联U形埋管能量桩热交换的理论模型,该模型考虑了管内循环液体竖向对流换热和支管之间的热干扰。通过与数值模拟结果的对比,验证了所提模型的可靠性。基于该模型分析了桩内埋管布置形式对能量桩换热效率的影响,结果表明:整体上能量桩换热效率随埋管数量增加而提高,尤其是桩内埋管数较少时,而当埋管达到一定数量后,再增加对能量桩的换热效率影响很小;若埋管数量一定,桩内所有U形管的支管等间距布置时能量桩的换热效率最高;U形管进出水支管的布置顺序对能量桩的换热效率影响很小;若循环液流动速度保持不变,增加埋管直径能增大能量桩的换热效率。     

地源热泵系统性能影响因素模拟分析

以钻孔外有限长线热源模型及钻孔内准三维模型为基础,运用叠加原理,基于Visual Studio开发平台,利用C#语言进行可视化窗体编程,结合重庆地区某地源热泵工程,通过导入DeST能耗模拟软件生成的建筑逐时负荷,对该工程的地埋管换热器进行逐时换热特性模拟,分析土壤热物性,地埋管换热器热短路,系统运行策略三个方面对地源热泵系统性能的影响,计算出不同因素下系统能耗,为地源热泵系统优化设计和运行策略提供依据.     

跨临界CO2汽车空调内部换热器研究

在跨临界CO2汽车空调系统中,内部换热器是主要的传热部件。本文提出螺旋肋片套管式内部换热器这一设想;并对其换热特性进行数值模拟分析,与光滑套管式换热器及直肋片套管式换热器的换热性能相比,螺旋肋片套管式内部换热器的换热效率分别提高44.18%和16.4%;最后对所提出的内部换热器的结构强度进行计算分析。     

土壤源热泵水平螺旋地埋管换热器换热性能研究

通过建立水平螺旋地埋管与回填材料以及土壤的三维换热数学模型,对水平螺旋地埋管换热器的换热性能进行研究。对影响水平螺旋地埋管与土壤之间换热性能的因素进行分析,包括水的流速、进口水温、螺旋环径、相邻环中心间距、回填材料等。研究结果表明这些影响因素对换热性能（单位管长换热量和单位土壤长度换热量）有着不同程度的影响。     

同轴套管式深埋管换热器换热性能研究

针对青岛某地一个地埋管深度为2 605 m的地热能建筑供暖用同轴套管式深埋管换热系统,建立耦合管内外换热的全尺寸数值计算模型,并利用试验数据进行验证。在此基础上,进行一个供暖季的仿真计算,分析取热量及运行时间对该地埋管换热器换热性能的影响,并对内管失热量进行计算,得出以下结论:地埋管换热器换热能力随运行时间的增加而减弱;地埋管取热量过大会导致供暖后期地埋管进水温度过低,影响系统正常运行;该同轴套管内管的失热量较大。