U型垂直埋管非稳态换热的数值模拟与研究

采用有限容积法,使用计算流体力学软件对有效换热长度为120m的单U型地埋管进行三维建模和非稳态数值模拟。在考虑U型地埋管管壁热阻的情况下,分析了单U型地埋管不同土壤初始温度及不同进口流速对地埋管持续运行及间歇运行三个月的换热性能和热响应的影响。模拟分析结果表明:相同的土壤初始温度下,随着流速增大单位井深换热量和出口温度均增大;流速对出口温度的影响比土壤初始温度对出口温度的影响大;间歇运行期间平均单位井深换热量比连续运行大0.7W/m。     

地下水对地埋管换热器换热性能的影响分析

在唐山地区测试了3组不同含水层条件下的地埋管换热器动态换热特性,初步获得了单位井深换热量随地下水流动状况的定量变化规律.结果表明,地下水流动会不同程度影响热响应试验结果.随着地下水流速增大,钻孔附近岩土的平均导热系数会呈增大趋势.随着地埋管换热器与地下水接触长度的增加,钻孔平均导热系数呈增大趋势,同时单位井深换热量也呈明显增加趋势,这对于减小富水性较强地区地埋管换热器系统的建设成本具有实际的应用价值.     

基岩地区地埋管换热器传热特性的测试研究

在山东省威海市环翠区测试了4组基岩地层条件下不同类型地埋管换热器的换热特性,获得了单位井深换热量的变化规律及其影响因素.结果表明,基岩地层条件下地埋管换热器的传热性能明显优于常见的第四系钻孔换热器.地下水流动不明显时,双U形DN25地埋管换热器的单位井深换热量与单U形相比平均偏高约33%.当地下水流动强烈时,单位井深换热量会出现较大程度的增加,同时地埋管换热器周围地区的地下水开采状况也会影响地下水流动的强化换热效应.     

土壤源热泵地埋管换热实验研究

在不同的钻井和埋管结构中,利用实验装置及测试系统运行不同地埋管进水温度、进水流速等数种工况,根据土壤源热泵地埋管实际运行的测试结果讨论地埋管进水温度、流量、埋管类型、钻井深度以及运行方式对单位井深换热量的影响。实验表明,提高进水温度、流量、钻井深度以及选择合适的埋管类型可增强地埋管换热能力,间歇运行方式能够最大程度利用土壤蓄能特性,使地埋管始终能够高效换热,相比连续运行提高了33．9％,但进水温度、流量和钻井深度不能无限增大,其大小的选择需要考虑土壤源热泵主机运行性能和经济性。     

地埋管绝热措施下的换热强度

地源热泵系统换热效果所受到的影响因素很多,地源热泵换热量的大小是反映系统换热性能优劣的重要参数.通过CFD数值模拟软件分析了单U地埋管保温、不保温和保温长度不同及不同流量下的换热情况,得出了地埋管的单位井深换热量是随着流量的增大而增大,保温地埋管换热能力要高于非保温管,且保温层深度要适宜的结论.同时,结合实际工程实测数据进行对比分析,验证了模型及数值模拟结果的正确性.     

渗流条件下地埋管换热器热短路现象的数值研究

针对渗流条件下地埋管换热器受到热短路影响,导致夏季埋管出口水温上升以及换热量减少的现象,采取在进出水支管间加装隔热板的措施进行优化。通过对单U型地埋管换热性能的数值模拟,对比分析了加装隔热板前后的传热过程,并深入研究了隔热板的几何尺寸和安装位置对换热量的影响。结果表明：加装隔热板可有效抑制地埋管换热器的热短路现象,提高换热能力;隔热板宽度为120 mm时,U型地埋管换热器换热性能最优;隔热板高度取50 m时,换热器单位井深换热量最大,达到44.703 W/m;将隔热板安装在两支管中心向出水管侧偏移2 mm处,换热效果最佳。     

添加隔热板对竖直U型地埋管换热器热短路的影响

采用FLUENT模拟软件,建立起U型地埋管换热器三维传热模型.分别模拟了有、无添加隔热板时的工况,对热短路进行数值模拟,分析了对地埋管换热器性能的影响.通过对比两种工况下的温度云图和出口温度监测图,证明了两支管间热短路现象严重,而且添加隔热板后,进出口温差变大可达3.94 ℃,可使单位井深换热量提升6.13%.     

地下连续墙内埋管换热器传热性能的试验研究

采用现场试验的方法对上海自然博物馆地下连续墙内埋管的传热性能进行了试验研究,分析了埋管布置形式、循环水流速、进水温度和运行模式对换热效果的影响.试验结果表明:地下连续墙内埋管的布置形式和传热性能都与传统的地埋管有较大的不同;混凝土水化热对地下连续墙体的温度有较大影响;增大埋管的支管间距可以提高其换热效果;在试验工况下的单组埋管合理流速为0.6～0.9m/s,;地下连续墙内埋管的换热量随进水温度呈线性变化;采用间歇运行的模式,可以提高热交换系统的换热量.     

地埋管换热器渗流传热特性的研究

通过建立地埋管管群分层渗流换热模型,模拟地下渗流流动方向为30°时不同分层下地埋管管群周围土壤的温度分布,通过模拟可知地下渗流的流速在一定的范围内有助于减弱地埋管管群周围土壤中的冷积聚,使地埋管管群周围土壤温度恢复快.同时引入单位井深换热量,将纯导热模型与分层渗流模型的单位井深换热量进行对比,得到分层渗流模型的换热效率...     

地下水补给区季节温度变化对地埋管换热性能的影响

建立了地下水补给区季节温度变化条件下地埋管换热器的三维模型.以夏季工况为例,进行了传热过程数值模拟,并定量分析了含水层渗流速度、含水层厚度、补给区距离等因素的影响.结果表明,距离地下水补给区越近,地埋管周围含水层温度的年周期变化幅度越大,换热性能更倾向于受季节水温变化与渗流速度变化的二者耦合影响,且表现出不同程度的季节效应.随含水层厚度增加,地埋管单位井深换热量总体上呈线性增大趋势.     

竖直U型埋地换热器两支管间热量回流的分析

竖直U型埋地换热器两支管间存在的热量回流(“热短路”)现象对换热器实际的传热性能有较大的影响，这是工程技术人员在设计和施工U型埋地换热器时必须考虑的问题。本文利用地热换热器传热模型及设计软件，对竖直U型埋地换热器两支管间的热量回流现象进行了分析，着重讨论了两支管间距和回灌材料的导热系数对热量回流的影响。提出了减小热量回流的措施。     

竖直U型埋地换热器两支管间热量回流的分析

竖直U型埋地换热器两支管间存在的热量回流("热短路")现象对换热器实际的传热性能有较大的影响,这是工程技术人员在设计和施工U型埋地换热器时必须考虑的问题.本文利用地热换热器传热模型及设计软件,对竖直U型埋地换热器两支管间的热量回流现象进行了分析,着重讨论了两支管间距和回灌材料的导热系数对热量回流的影响.提出了减小热量回流的措施.     

低温热水辐射地板传热测试研究

根据低温热水辐射地板传热理论计算的通用假设条件，以试块代替实际辐射地板．在国际标准散热器性能检测台上对各种构造方式和运行工况下地板的传热过程进行测试．测试结果反映了地板表面温度和传热延迟时间与管径、管间距、管道埋深和管道平均水温之间的关系．发现供水状态变化后，地板表面温度随时间呈指数变化，升温期的稳定时间约为降温期的一半．比较测试结果和数值模拟结果后，证明该测试方法能用于理论计算结果的验证．     

管壳式换热器瞬态换热性能分析

通过理论分析，分别以壳程流体、管程流体、管内外壁为研究对象，建立了管壳式换热器瞬态换热数学模型．模型中很好地解决了顺流和逆流同时存在的问题．存此基础上借助于仿真手段对管壳式换热器的瞬态换热性能进行分析，为了减小线性化方法带来的误差以及提高计算的准确度，仿真计算时所采用的数学模型未进行线性化处理，而直接采用非线性化方程进行程序编写．仿真结果与换热器实际运行数据吻合很好，说明所建立的数学模型可用于同类换热器瞬态换热性能分析．通过对换热器瞬态换热性能的分析，町清楚地了解换热器的动态换热特性，为换热器设计及控制提供理论依据．     

土壤冻结对地热换热器传热的影响

研究了土壤冻结对地源热泵系统中的地热换热器与其周围土壤的热交换过程的影响。探讨了土壤水分含量、斯蒂芬数、土壤初始温度（即地温）等对周围土壤温度分布、冻结锋面发展等的影响,并与不考虑土壤冻结情况作了对比分析。当考虑土壤中水分冻结时,由于冻结时放出大量的潜热,且冰的导热系数大,因此计算出地下埋管周围的土壤平均温度高,传热热阻小,设计的地热换热器规模可以变小,亦即可以减小钻孔的深度或钻孔的数量,从而可以减小地源热泵系统的初投资。另外也扩大了地下回路中防冻液的选择范围。当土壤含湿量大、土壤初始温度高时,对于系统的设计与运行是有利的。     

土壤冻结对地热换热器传热的影响

研究了土壤 冻结对地源热泵系统中的地热换热器与其周围土壤的热交换过程的影响。探讨了土壤水分含量、斯蒂芬数、土壤初始温度（即地温）等对周围土壤温度分布、冻结锋面发展等的影响,并与不考虑土壤冻结情况作了对比分析。当考虑土壤中水分冻结时,由于冻结时放出大量的潜热,且冰的导热系数大,因此计算出地下埋管周围的土壤平均温度高,传热热阻小,设计的地热换热器规模可以变小,亦即可以减小钻孔的深度 或钻孔的数量,从而可以减小地热泵系统的 初投资。另外也扩大了地下回路中防冻液的选择范围。当土壤含湿量大、土壤初始温度高时,对于系统的设计与运行是 有利的。     

热管式换热器的热力学分析

目前对热管式换热器的研究大都是基于能量守恒定律,从传热学角度研究其传热性能,从热力学能量利用角度进行的研究相当少。本文以热力学第二定律为基础,用(火用)参数对气—气、气—水组合型热管式换热器进行了(火用)优化分析。提出了冷、热流体参数的优化选择方案,并且从热力学观点研究了这种类型换热器的工作效率。此外,本文也为换热器的(火用)分析提供了一个可行的研究方法。     

连铸板坯热送过程传热模型研究

依据武钢现场条件,建立了连铸板坯（２３０ｍｍ×１３００ｍｍ,２５０ｍｍ×１５００ｍｍ）传热数学模型,全面探讨了连铸工艺参数对铸还热状态的影响,它可以应用于连铸坯“传搁时间表”的制订,为连铸坯热送热装提供了装炉温度的查询依据。     

不同螺旋角螺旋折流板换热器壳侧传热性能研究

对两种不同螺旋角的螺旋折流板换热器进行传热测试,利用测得试验数据,根据Kern法推导出这两种螺旋折流板换热器壳程传热系数的近似计算公式.     

分离式热管换热器回收汽车尾气余热的试验研究

介绍了利用汽车尾气的分离式热管换热器装置的结构设计,研究了不同充液率时的热管壁温状况、充液率与热管传输功率的关系,分析了热管管内工质温度控制、热管暖气装置的安全性、强度以及换热效果.