空气源热泵水箱温度的解析解及其实验验证

针对双螺旋或多螺旋换热器的非稳态传热问题,提出一种获得换热器水箱温度分布的解析解模型。该模型将水箱传热问题简化为基于线圈模型的有限大空间内的二维绝热边界传热问题。采用虚拟热源法和热源温度场叠加法,推导出有限长线圈热源在有限大绝热空间内进行非稳态导热的水箱温度场解析解表达通式。以直热式空气源热泵热水器为例,在不同环境温度条件下,对蓄热水箱的非稳态温度场进行实验测量,实验结果与理论解析解模型获得的计算结果一致,从而验证解析解模型的可靠性和准确性。该文提出的螺旋换热器水箱导热解析解模型为研究该问题提供一种快捷而有效的分析方法。     

有均匀渗流的介质中螺旋埋管的传热分析

以埋设在均匀渗流介质中的螺旋埋管为研究对象,结合地源热泵工程应用背景,将地下螺旋埋管简化为连续的螺旋线热源,通过移动线热源理论与格林函数法,建立二维和三维非稳态的导热与对流联合作用的渗流传热问题的传热模型;求得无限长及有限长螺旋热源形态下渗流问题的温度响应的解析解。通过与纯导热模型的对比可知,地下水渗流会在一定程度上影响地下温度场的分布及传热达到稳态所需的时间。指出渗流速度是体现地下水流动对换热过程影响程度的重要参数,且渗流对整个螺旋管群的换热影响也被分析讨论。     

地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型

对地热换热器竖直埋管的非稳态传热模型进行了分析讨论。采用虚拟热源和格林函数法给出了半无限大介质中有限长线热源产生的非稳态温度场的解析解表达式。与稳态温度场的解进行比较,讨论了温度场达到名义上的“稳态”所需的时间,同时对于达到稳态时的温度场也进行了分析,指出了现行教科书中关于该问题的错误,提出了稳态时两个地热换热器孔壁代表性温度的定义,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式。基于以上分析,进一步讨论了全年冷热负荷不平衡对地热换热器长期性能的影响。     

地源热泵垂直埋管的传热模型及计算

建立了垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型,采用有限差分法建立了垂直U型埋管换热器瞬态传热模型的解析解;并且在不同的工况下进行实验测试,与模拟结果进行了对比,结果表明模拟与实验能较好地吻合,从而使模型的正确性得到了验证。可为地源热泵的设计和运行提供理论指导。     

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。     

地热换热器U型埋管的传热模型及热阻计算

讨论了地源热泵地热换热器竖直U型埋管钻孔内的二维稳态传热模型。基于钻孔内的温度场的二维解析解，得出钻孔热阻表达式。分析了影响钻孔热阻的几个相关因素，通过与一维简化模型得到的钻孔热阻相比较，认为采用二维模型可以为工程设计提供更准确可靠的热阻数据。     

软土地区竖直地埋管换热器参数与换热性能分析

地埋管换热器是土壤源热泵系统的关键部件,选择合理的设计参数是对土壤源热泵系统工程进行优化设计的基础。依托上海市典型地质条件建立单U垂直地埋管换热器三维非稳态传热模型,分别分析了上海市地质条件、换热器结构、循环流体、运行模式等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并通过回归分析得到地埋管换热器换热效率的变化率与主要影响因素的关系式,使各影响因素的敏感度得到量化,对于影响地埋管换热器换热性能的参数,根据影响程度由大到小依次为循环水平均温度、原始地温、换热孔深度、岩土体导热系数、回填料导热系数。研究结果为土壤源热泵系统的实际应用提供参考。     

基于神经网络的地下埋管换热器优化模型

基于经典的Kelvin线热源模型和Kavanaugh圆柱源理论模型,运用负荷叠加、负荷阶跃、负荷累积的思想,结合人工神经网络建立了土壤源热泵系统地下埋管换热器仿真优化模型。与实验和理论已验证过的圆柱源理论模型的比较分析表明,地下埋管神经网络优化模型相对于传统的地下埋管解析解模型具有良好的计算精度和泛化能力,该模型应用于土壤源热泵系统的长期运行可以大大缩短计算时间,为土壤源热泵系统的优化及设计提供更有效率的模拟计算方法。     

集群地埋管换热器的传热分析

地源热泵技术在我国的应用绝大部分为竖埋管系统。地热换热器长期运行时,各个钻孔的换热会受到周围钻孔的影响,产生热干扰现象。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。以无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,认为在确定地质条件、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。     

地源热泵系统施工技术

推广地源热泵技术对建筑供热和空调系统的节能有重要意义，经济合理地设置地热换热器是应用地源热泵技术的关键。重点介绍了竖直埋管地热换热器施工技术，特别对地热换热器的钻孔、下管和回填的技术要点和设备进行了详细阐述。     

土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型综述

介绍了土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外的传统的无限长线热源模型,无限长圆柱模型,有限长线热源模型以及改进后的热湿传递的线热源模型,变热流的线热源模型,土壤分层的线热源模型。分析了各种模型之间的联系、区别以及优缺点。提出了完善土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型需进一步研究的内容。     

竖直地埋管换热器吸排热量比对换热区温度场影响研究

以上海市同济大学土壤源热泵科学实验场工程为例,利用Feflow软件建立三维非稳态管群传热模型,按照上海典型办公建筑所要求的地埋管换热器吸排热量比(0.33,0.67和1.10)的条件,对30 a内地埋管换热器及其所处换热区的换热特性进行了数值模拟,探讨了地埋管换热器吸排热量比对换热区土壤温度的影响。研究结果表明,地埋管换热器全年吸排热量差异是影响换热区温度场分布的重要因素,当地埋管换热器全年累计吸排热量比为0.55~0.60时,有利于消除埋管区的热堆积现象。     

基于多极理论的U型地埋管轴向流动传热模型研究

以钻井肇为界将U型地埋管的传热区域分为钻井内外两部分,分别采用稳态与瞬态传热分析,两区域模型问通过钻井壁温度结合起来,以构成完整的埋管传热模型.钻井内部采用多极理论传热模型求解,对于钻井外部,采用恒热流柱热源模型来求解钻孔瞬时壁温.在考虑地埋管换热器中循环介质流动情况下,基于热阻网络平衡原理并建屯地埋管传热模型,以实测的埋管进口温度与流速作为模型的输入量,用地埋管实测与计算的出口温度值为比较对象,验证多极理论U型地埋管轴向流动传热模型用于分析土壤源热泵系统的有效性.     

土壤源热泵U型埋管换热器传热的非稳态数值模拟

本文基于能量平衡方程,建立了土壤源热泵U型埋管换热器周围土壤的非稳态传热模型,用所建立的传热模型对土壤源热泵冬季取热过程进行了动态模拟.研究了不同物性土壤温度及U型埋管出口流体温度的变化规律,分析了土壤物性对换热器换热性能的影响,采用间歇运行方式提高了换热器换热能力.通过建立数学模型得出的结果,可供设计参考.     

基于线热源理论的垂直U型埋管换热器传热模型的研究

基于经典常热流线热源理论,通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻思想将其发展为能够适用于变热流埋管换热与地源热泵系统模拟的变热流线热源模型,并与改进的经实验与理论验证的圆柱源理论模型进行了比较与分析。结果表明:所发展的变热流线热源模型能够有效地模拟地下埋管的换热过程,可作为地下垂直U埋管换热过程的计算模型,为地源热泵地下埋管换热器的设计计算及地源热泵系统的模拟提供了一种新的简单而又实用的计算方法。     

地源热泵竖直埋管换热器的设计

本文论述了地源热泵竖直埋管换热器的设计方法,重点阐述了地热换热器各部分的设计要点,主要包括地热换热器设计中的类型选择、平面布置、埋管的管径与长度、埋管的连接方式、回填材料及循环液的选取等。     

地热换热器孔外传热模型研究进展

总结了以往地热换热器孔外的理论传热模型，并将其归为两大类：有限长热源模型和无限长热源模型。在简要对其进行介绍和总结之后，进一步比较了他们之间的差别和联系。指出无限长模型不能适用于地热换热器长时间的传热分析，只能用来分析短时间内非稳态的传热分析。而有限长的传热模型由于考虑了地面作为传热边界对地下传热过程的影响，能够用来分析长时间的传热分析。     

竖直埋管地热换热器的设计

为优化地热换热器的设计，利用地源热泵换热器设计专用软件，结合实际工程，对竖直U型埋管地热换热器设计的不同方案作了比较，对主要影响因素进行了分析，从技术和经济两方面阐明了地热换热器设计时应考虑的主要因素及设计方法。     

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响.以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响.研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5m时对应的换热量较埋深1.5m时的对...     

形状因子法在垂直U型埋管传热分析中的应用

竖直U型埋管热交换器是地源热泵系统的重要组成部分。文章以能量平衡为基础,采用传热学中的形状因子法,针对某一常用结构形式的地埋管换热器热阻和换热量进行了数值计算。在此基础上,重点分析了钻孔深度、孔内的管间距、地埋管进水温度和土壤温度对换热器热阻和换热性能的影响,旨在为竖直U型地埋管换热器的设计和工程应用提供必要的参考。