地下水渗流对地埋管管群周围土壤温度的影响

地下水渗流能够增强地埋管与土壤之间的换热,为研究地下水渗流对土壤温度的影响,建立二维热渗耦合传热模型.通过数值模拟的方法研究了渗流速度、管群布置形式、渗流方向对地埋管周围土壤温度的影响.研究结果表明:1)地下水渗流能够使沿着渗流方向的热量拉伸和垂直于渗流方向的热量压缩,且不同渗流速度对其影响程度是不同的;2)存在渗流时...     

渗流作用下地源热泵系统跨季节土壤蓄热特性

建立了热渗耦合作用下的土壤传热数学模型.针对单U形地埋管地源热泵系统,分析了在不同地下水渗流速度和土壤热物性条件下,地下水渗流对土壤温度场的影响;针对管群地埋管地源热泵系统,进行了全年跨季节土壤蓄热、取热运行工况模拟,得到一个周期内不同工况结束时的土壤温度场分布.     

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1a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%。     

竖直双U型地埋管传热特性研究

为探究U型地源热泵系统运行过程中土壤温度变化特性,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立三维非稳态传热物理模型.研究表明,地埋管周围土壤温度和单位井深换热量均随热泵运行时间增加而增加且趋于稳定;在其他条件不变的情况下双U型地埋管换热量为28.26W/m,单U型地埋管换热量为26.38W/m;流体进口流速和土壤温度梯度对单位井深换热量影响很小;流体进口温度和回填材料对土壤温度和单位井深换热量的影响较大;热泵蓄热-恢复和取热-恢复工况下,土壤温度恢复效果随径向距离及恢复时间增加而增加,土壤导热系数越大恢复的程度越接近土壤初始温度值.     

渗流对地源热泵土壤温度场及换热量的影响

针对地源热泵长期运行时土壤热失衡导致热泵效率降低的问题,探究地下水渗流(以下简称渗流)以及热泵周期性运行对周围土壤温度场与热泵效率的影响。建立长宽均为40 m,深度为140 m的土壤区域,在土壤区域中打9个120 m深的钻孔,钻孔中心间距为5 m,且按照3×3的方阵排布,在钻孔中埋入深度为120 m的双U型地埋管。基于Feflow数值模拟软件的三维瞬态热渗耦合传热模型,通过土壤热响应实验验证,确定Feflow软件仿真模拟得出的结果准确可靠。在此基础上,分析不存在渗流、存在渗流、改变渗流速度(1×10~(-4)m/s、2. 4×10~(-6)m/s、2. 1×10~(-7)m/s)以及改变渗流层厚度(5 m、10 m、15 m)对地源热泵在供暖工况下120 d连续运行带来的影响,分析地源热泵系统按照1 a中供暖运行120 d,间歇90 d,制冷运行90 d,再间歇60 d的周期性运行模式,运行10 a后对地下土壤温度场以及地埋管单位管长换热量的影响。结果表明:存在渗流且渗流速度大于1×10-7m/s数量级时有利于地埋管周围土壤温度恢复;相对于无渗流条件,渗流层位于38～42 m且渗流速度为2. 4×10~(-6)m/s时,供暖工况下连续运行120 d后的地埋管单位管长换热量提高54%;渗流速度对地埋管单位管长换热量影响明显,渗流速度越大,地埋管单位管长换热量越多;渗流速度不变时,地埋管单位管长换热量随着渗流层厚度的增加而增加,且渗流层厚度每增加5 m,在供暖工况连续运行120 d后,地埋管单位管长换热量增加2 W/m;周期性运行模式下,有渗流与无渗流条件下土壤均没有明显的冷、热量积累,但有渗流条件更利于提高地埋管单位管长换热量。文末附有有渗流与无渗流工况下土壤温度场动态展示的视频,可扫二维码观看。     

地下水流动对埋地换热器影响的模拟研究

通过求解含水层中地下水流动的二维能量方程,分析了地下水流动对U型埋地换热器与周围土壤换热的影响,并与非含水层情况进行了比较。模拟结果表明,地下水流动显著影响埋地换热器周围的土壤温度场。与粘土层相比,埋地换热器在含水层内土壤温度变化较小,到达稳态时间较短。埋地换热器周围热作用半径,沿上游方向较小且很快达到稳态,而沿下游方向上的热作用半径基本与运行时间成正比关系。地下水流速越大,埋地换热器周围介质的平均温度越低,这有利于夏季排热工况。     

地下水渗流对地埋管换热影响的分析

基于对单井地埋管换热器的数值模拟,本文分析了地下水渗流对地埋管周围土壤温度场及传热热阻的影响.     

地下水渗流对地埋管换热器传热效率的影响

基于垂直单U型地埋管换热器的实际形状,建立了三维非稳态地下水渗流传热模型,分析了夏季工况下地下水渗流速度、渗流温度、地埋管进水温度以及管内流速对地埋管换热效率的影响。引入换热效率系数来量化地下水渗流对地埋管换热能力的影响程度。结果表明:考虑地下水的渗流可以有效的强化换热效率,对地埋管的传热影响显著;增大地下水渗流速度和减小渗流温度可加强地埋管的换热能力;选取合适的地埋管进水流速可降低系统能耗,增加换热量;根据不同的空调房间负荷,合理设计地埋管进水温度能保证热泵主机的高效运行。     

热渗耦合作用下地下埋管换热器的传热分析

为确定地下水渗流对U型地下埋管换热器的影响,基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解。分析了地下水渗流对传热过程的影响,结果表明地下水流动对原温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。进一步分析了有渗流时不同土壤类型对地下埋管换热器的影响情况,在饱和状态下导热系数是主要的影响因素。     

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。     

土壤源热泵水平埋管周围土壤温度分布的分析

着重介绍了基于有限差分法计算土壤耦合热泵地埋管周围土壤温度分布的计算方法,并计算了埋深1 m,不同质量流量时埋管周围土壤温度的变化规律。计算结果表明：埋管周围土壤的温度分布随管内流体流量的变化而变化,其变化规律是管内流体质量流量越大,埋管周围土壤温度越低。     

地下水渗流对地埋管管群系统长周期运行性能的影响

本文建立了考虑地下水渗流的地埋管管群系统的实际传热模型,用De ST软件对上海市某酒店进行了全年逐时能耗模拟,基于动态负荷用FLUENT软件对地埋管管群系统的长周期运行进行了逐时模拟。通过分析得出:地下水的流动显著地降低了地埋管管群系统周围土壤的平均温度及地埋管的出水温度,有利于土壤温度场温度的均匀分布,有利于地源热泵系统的长周期运行。     

渗流条件下土壤耦合埋管换热的实验研究

地下水渗流是影响地源热泵埋管换热的重要因素。本文建立了可控渗流条件下的土壤耦合埋管换热实验台,研究了渗流速度、渗流来流温度对土壤耦合埋管传热特性的影响。研究结果表明,增大渗流速度将扩大埋管释热范围、提高土壤的吸热能力;降低渗流水温将增大埋管附近土壤的温度梯度,从而增大埋管与土壤耦合换热能力。研究结果有助于掌握地下水渗流变化对地埋管换热的影响规律,指导地埋管系统设计参数优化。     

能源锚杆地源热泵冬季工况传热模拟与分析

为得到冬季传热工况下能源锚杆地源热泵系统设计的基础数据,即单位埋管长度换热量受各因素的影响情况,基于有限元分析软件ADINA,建立PE管-锚杆-土壤U型埋管三维非稳态温度场的传热模型,模拟冬季工况下能源锚杆热泵系统运行状况。通过给定条件下埋管周围温度场分布态势图,分析土壤热物性参数、供水温度、埋管流体速度及钻孔填充材料等参数对热泵系统传热效率的影响,得出最佳供水温度、进水速度及热作用半径,以期为相关能源锚杆热泵冬季工况下制热效率的提高和施工设计提供指导。     

基于显热容法的地源热泵地埋管换热器周围土壤冻结特性研究

为了探讨寒冷地区土壤冻结对地源热泵地埋管换热器换热特性的影响,建立了考虑土壤冻结的地埋管周围土壤传热模型,并利用显热容法对冻结相变问题进行了处理.基于模型的数值求解探讨了土壤含水率、原始温度、热扩散率及Stefan数对埋管周围土壤温度分布及冻结速度的影响.结果显示,与未考虑土壤冻结相比,计算出的地埋管周围土壤温度高,传热热阻小,从而可以减小埋管的设计长度,降低系统初投资;提高土壤含水率有利于地源热泵的设计与运行;减小热扩散率和Stefan数可以有效地降低土壤的冻结速度.     

土壤—维渗流-传热耦合模型实验及数值模拟

搭建了一维渗流-传热的模型实验台,研究渗流速度、方向对地埋管传热特性的影响.基于多孔介质传热与地下水流动理论,通过仿真模拟软件COMSOL Multiphysics建立了简化的三维数值模型,并将计算值与实测值进行对比验证.研究表明,地下水处于较低的渗流速度时,可忽略渗流的影响,处于较高的渗流速度时,渗流对传热起增强作用...     

地埋管地源热泵土壤温度场实验分析

利用地埋管地源热泵实验系统,研究了地埋管地源热泵在冬季供暖和夏季制冷工况下,埋管间距分别为5.65m和4m情况下,地下土壤温度随时间的变化;在夏季制冷工况下,对比了两种埋管间距下,地埋管热干扰现象对热泵机组运行效率的影响;研究了夏季制冷工况下,埋管间距为5.65m时,热泵采取间歇性运行方式下地下土壤温度随时间的变化。结果显示,埋管间距为5.65m时,周围土壤温度变化幅度较小,地埋管换热器换热效果更好,比埋管间距为4m情况下约节能13%;与连续运行方式相比,间歇运行方式下热泵机组的运行效率约提高7%。     

土壤源热泵夏季工况下运行温度场分析

地源热泵技术广泛应用在工业产业和日常活动中,地球不可再生能源日益短缺,地源热泵技术的作用也变得越来越重要。地埋管换热器作为土壤源热泵系统的重要组成部分,其换热效果对热泵运行效率有着非常关键的作用。本文根据地源热泵系统夏季工况运行对周围土壤温度产生的影响,研究埋管周围土壤的温度场变化。对夏季土壤温度场用FLUENT模拟软件进行分析,地埋管周围土壤在地下2m处和地下30m处会有明显的不同。地下土壤在5m以下埋管越深的地方土壤温度越高。     

管间距对土壤源热泵换热效果的影响

由于土壤源热泵长期运行会导致地埋管周围的热干扰现象,为了研究土壤源热泵工程设计中钻孔间距对地埋管传热效果的影响.用数值模拟的方法对土壤源热泵不同管间距进行模拟仿真,结果表明在此模拟工况下,均匀土壤结构模型与分层土壤结构模型两种传热模型的最终平均土壤温度基本相同.当管间距从4 m增加到6 m土壤最终平均温度上升明显,而当...     

地下水渗流作用下地埋管间歇散热特性

为了探求地下水渗流对地埋管换热器间歇运行性能所产生的影响,基于移动的有限长线热源理论模型解析解,利用MATLAB软件编程计算,分析渗流对单钻孔地埋管换热器的影响。同时对比分析了连续和间歇运行情况下其周围土壤的温度响应特征和过余温度场分布特点。研究表明:埋管周围土壤的温度变化是由热流密度、土壤本身的热物性和实际渗流速度耦合作用影响的,而在间歇运行下其因素影响更加明显。