地下水渗流对地埋管换热器周围温度场的影响

为确定地下水渗流对土壤源热泵地埋管换热器周围温度场的影响,以U型地埋管换热器传热系统为例,构建了等效当量直径的单管圆柱换热器传热物理和数学模型,并用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.2a 对夏季工况下地埋管换热器周围温度场进行数值模拟计算,通过有无渗流条件下不同导热系数、孔隙率土壤温度场变化的对比分析,确定引起温度场变化的主导因素,为下一步试验提供了重要依据。     

渗流对竖直地埋管换热器换热性能的影响

为了确定渗流对竖直地埋管换热器换热性能的影响,基于多孔介质传热理论与Darcy定律,利用多物理场耦合软件COMSOL建立了三维热渗耦合模型,模拟了有无渗流条件下竖直地埋管换热器周围土壤温度场的变化。结果表明,地下水渗流有助于竖直地埋管换热器换热,且渗流速度越大,竖直地埋管换热器换热效果越明显;平行于渗流方向处温度场偏向下游,垂直于渗流方向处温度场始终保持对称分布,渗流速度由0m/s增大到1.0×10-5 m/s时,对应热作用半径由0.42m减小到0.32m。     

地下水流动对地下埋管换热器影响的实验研究

为确定地下水渗流对竖直地下埋管换热器的影响,该文从实验角度出发,分别对无渗流土壤、饱和土壤中地下埋管换热器热负荷对其周边土壤温度场的影响,有渗流土壤中地下水流速、土壤初始温度以及埋管热负荷对土壤温度场的影响进行了实验,从而得出在夏热冬冷地区或亚热带地区应用土壤源热泵时,宜采用冷却塔-土壤源热泵混合系统形式或将地下埋管换热器埋设在地下水流速较大地区,以期土壤源热泵的长期良好运行。     

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.     

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。     

渗流对地下埋管换热器传热管问距的影响

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管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、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,分析了地下水渗流对其传热过程的影响.结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大.     

渗流对地下埋管换热器传热管间距的影响

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管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、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,分析了地下水渗流对其传热过程的影响。结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。     

潮汐影响下的竖埋螺旋盘管换热器实验研究

根据热渗耦合理论,在相似理论的基础上搭建了模拟潮汐涨落的地源热泵砂箱实验台。实验结果表明,潮汐的涨落对地埋管换热器与土壤间的换热性能及其周围温度场产生一定程度的周期性影响。潮汐影响有利于地下埋管换热器周围土壤温度场的恢复,提高土壤源热泵系统的运行性能。     

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。     

埋地换热器理论模型与周围土壤温度数值模拟

提出内热源型埋地换热器理论模型，建立换热器周围土壤热湿传递物理数学模型。内热源模型综合考虑热湿迁移、土壤物性等各方面因素，将埋设于土壤中的换热器处理为等效内热源。采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。着重模拟计算不同土壤物性、不同换热器运行方式对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场影响的模拟计算与分析。     

单/双U形地埋管换热器传热特性模拟研究

为了研究不同因素对单/双U形地埋管换热器传热特性的影响,建立单U形和双U形地埋管换热器传热物理数学模型,分析流体进口流速、流体进口温度、回填材料和土壤竖向温度梯度对地埋管周围土壤温度分布规律和单位管长换热量的影响。结果表明：地埋管周围土壤温度随流速的增加而增加且双U形大于单U形,对径向距离大于1 m的土壤基本无影响;双U形地埋管换热器的单位管长换热量大于单U形,双U形地埋管换热器的热短路现象更严重;增加流体进口温度时,土壤温度、单位管长换热量均增加,但热作用范围基本不受影响;回填材料为砾砂时的土壤温度增加幅度大于黏土,单位管长换热量大于黏土,但增加比例小于回填材料为黏土时的情况;土壤竖向温度梯度越大,土壤温度和单位管长换热量波动幅度越剧烈,且双U形的波动幅度大于单U形;钻井深度和土壤竖向温度梯度较大时,地埋管不宜采用U形管作为换热器。研究结果对单/双U形地埋管换热器的设计及地源热泵系统的运行提供参考。     

严寒地区土壤源热泵地下水平埋管换热性能影响研究

针对严寒地区地源热泵水平埋管换热器的传热规律及其制约因素,建立加土壤保温层水平埋管换热器周围土壤不稳定温度场的物理和数学模型,并对所建立的模型进行模拟计算及实验验证。研究加保温层前后埋管周围土壤的温度变化以及不同运行方式下埋管周围土壤的温度场。结果显示:加土壤保温层后,单埋管换热器周围土壤温度提高1.30℃,双埋管换热器周围土壤温度提高约1.20℃。间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,埋管换热量也得到提高。     

地埋管换热器周围土壤热湿迁移的实验研究

文章搭建了土壤热湿迁移实验装置,并利用该装置研究了不同进口流体温度、土壤体积含水率条件下,地埋管换热器周围土壤温度场、湿度场的变化特性。分析结果表明:随着进口流体温度逐渐升高,土壤温度、湿度的最大值均逐渐升高,土壤温度、湿度的下降速率逐渐加快;土壤的初始体积含水率越大,热源对土壤温度的作用半径越大,当土壤的初始体积含水率分别为0%,35%时,热源对土壤温度的作用半径分别为280,380 mm;当土壤与地埋管之间的径向距离为0～225 mm时,土壤含水率主要受温度梯度的影响,随着该径向距离逐渐增加,土壤含水率逐渐升高,当土壤与地埋管之间的径向距离为225～380 mm时,土壤含水率会受到温度梯度与含水率梯度的共同作用,使得水分逐渐向热源方向逆向迁移,当土壤与地埋管之间的径向距离为225 mm时,土壤含水率出现峰值,当土壤与地埋管之间的径向距离大于380 mm时,温度梯度对土壤水分迁移的影响逐渐减弱,土壤含水率逐渐降低,当土壤与地埋管之间的径向距离为525 mm时,土壤含水率保持稳定。     

基于地下水渗流的地埋管土壤温度场分析

基于有限长线热源模型,考虑地下水的渗流作用,对比分析无渗流工况与渗流工况下地下土壤温度场分布,结果表明:地下水渗流有利于地下热量的扩散,渗流工况下平均温度与最高温度较无渗流情况分别下降约5℃、4℃,温度场的热量累积得到抑制和减缓;并分析长方形埋管布置形式下的土壤温度场,讨论不同方向的地下水渗流工况对地下土壤温度场分布的影响,对于横纵向埋管数量不同的管群,沿埋管数量少的方向渗流,其土壤温度降低更显著。     

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。     

土壤源热泵地下水平埋管换热性能及其周围土壤温度场的影响研究

通过建立地下水平埋管换热器模型,模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度场分布和埋管换热量的影响.分析了埋管管材及埋管埋深、管径、管壁厚度等对埋管换热的影响.模拟结果显示,当土壤导热系数从1.1W/(m·℃)增大到2.5W/(m·℃)时,埋管单位管长换热量增幅达100.8%,且到埋管距离越近的点,其土壤温度随土壤导热系数的变化相对较快.地下二层埋管外表面温度及其周围土壤温度变化比地下一层换热稳定性好,换热量大.适当的加大管径,减小管壁厚,有利于增强埋管换热.     

三种埋管换热器换热性能的模拟与实验研究

本文采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了单U型、双U型及套管式地埋管换热器在不同管内流速下的换热情况以及埋管周围土壤温度场的变化情况。研究表明:实验值与模拟值相吻合;地埋管换热器换热能力随着管内流速的增大而增强;三种形式地埋管换热器换热能力以套管式最优,双U型及单U型地埋管次之。     

岩溶地下水渗流-传热地埋管试验平台的研制及模型试验北大核心CSCD

文章建立了岩溶地下水渗流-传热地埋管试验平台,可有效模拟岩溶地区地埋管换热过程中土壤温度场、湿度场、渗流场共同作用的多场环境,并利用该模型装置进行了不同工况的模型试验,探讨了岩溶地下水渗流对地埋管换热性能的影响规律。研究结果表明:渗流速度为1.08×10m/s时,渗流作用使得地埋管换热量平均提升了约12.5%,地埋管与土层间的换热速度提升约90%;岩溶地下水渗流将上游热量携带至下游,促进了地埋管释放的热量向下游传递的同时,也抑制了热量向上游的传递,有效减弱了地埋管周围土层的热量堆积;随着渗流速度的增加,岩溶地下水渗流对地埋管换热性能的影响越显著。     

土壤蓄热特性与模拟研究

在能量平衡和导热方程基础上,建立埋地换热器周围土壤内蓄热、释热过程的准三维非稳态模型,并通过数值求解得到计算结果;针对单埋管蓄热模型,得到土壤温度随运行时间、径向距离的变化情况,针对管群跨季节蓄热、取热模型,得到一个周期内不同运行工况结束时的土壤温度场分布;通过模拟计算对不同土壤类型的蓄热特性进行研究,并比较了3种典型土壤的蓄热能力大小.     

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.