土壤冻结对地埋管换热器性能的影响

建立了考虑土壤冻结的地埋管换热器非稳态传热模型,采用有限容积法离散了管内流体、管壁及土壤区域的控制微分方程,对涉及的土壤相变问题采用显热容法处理.数值计算结果表明,地埋管换热器周围土壤冻结区域较小,但土壤冻结后导热系数大幅度提高,更有利于土壤的导热;考虑土壤冻结的影响后,计算出的地埋管换热器的出水温度和取热量均有所提高;土壤含水量高有利于地埋管换热器的换热,但土壤含水量较低时,土壤冻结对地埋管换热器性能的影响较小.     

套管式地埋管换热器换热性能实验研究

以深度为60 m的镀锌钢管套管式地埋管换热器地源热泵系统和热电阻测温系统为实验平台,对土壤温度、套管式地埋管换热器换热性能及换热器对周围土壤的热影响进行了实验研究。研究表明,南宁市地下5~60 m的土壤温度为23.2~23.7℃;Φ80和Φ65套管式地埋管换热器的合理流量分别为1 500 L/h和1 200 L/h,对应的单位井深换热量分别为107.5W/m和81.4 W/m;不同内管导热系数对套管式地埋管换热器换热性能的影响很小;内进外出流动模式换热器的换热性能优于外进内出模式;间歇运行有利于土壤温度的恢复。     

地埋管换热器运行工况下换热量变化特性的研究

通过对土壤热阻的理论计算和地埋管换热器的数值模拟计算,获得了地埋管换热器的温差-换热量的变化关系。理论分析与现场实测结果均表明地埋管换热器的换热量随时间的变化分为快速变化段、平缓变化段、线性变化段三个阶段,拟合出了平缓变化段和线性变化段的单位延米换热量随介质与土壤传热温差的变化公式。     

负荷特性对地埋管换热器性能的影响

提出了全年累积冷热负荷比的概念,用以对地埋管换热器全年承担冷热负荷的不平衡性进行定量描述.地埋管换热器钻孔的设计长度不仅取决于其承担负荷的大小,还与供热或制冷工况下的"可用温差"直接有关,由此提出冷负荷占优或热负荷占优的概念.通过计算实例,模拟了4种典型负荷特性下地下岩土及循环液的长期温度变化,并分析了不同负荷特性下钻孔间距对地埋管换热器性能的影响.     

地埋管换热器添加防冻液对工程设计的影响

本文主要研究了添加防冻液对地埋管换热器的换热性能及流动阻力的影响,采用实验结合理论分析的方法,分析了不同浓度的乙二醇水溶液在不同埋管进水温度下的换热及阻力特性,给出了管道添加防冻液的流量和阻力修正系数,进而对地埋管低温工况下的工程设计提供参考。     

回填料对地埋管换热器性能的影响

采用了地埋管换热器三维非稳态耦合传热的物理数学模型,针对实际的地埋管结构和热响应测试工况进行了相应的数值模拟.将模拟计算结果与TRT热响应测试结果进行了比较,验证了所建模型的正确性.在此基础上,考察了地埋管换热器回填料导热系数及比热等物性参数对地埋管换热器性能的影响关系,为热响应测试以及工程设计提供有益的理论指导.     

高性能地埋管换热器钻孔回填材料的实验研究

通过实验研究了基于水泥、石英砂的回填材料各组分对材料导热系数、稠度、强度及膨胀率等的影响,优选出三种具有良好特性的水泥砂浆回填材料,其导热系数可达2.18～2.34W/(m·K)。通过对一个工程实例的模拟计算得出,与传统的膨润土回填材料相比,采用这些高性能回填材料能够减少地埋管换热器埋管长度29%～36%,可显著节省地埋管换热器的初投资和降低运行能耗。     

地源热泵垂直埋管换热器换热性能的实验研究

本文建立了地源热泵砂箱实验台,对地埋管进口水温、流速对埋管换热器换热性能的影响进行实验研究。实验结果表明:在一定条件下,地埋管进口水温和管内流量的增加都会增强地埋管的换热性能及热作用半径。     

地源热泵间歇运行对地埋管换热器性能的影响

运用二维非稳态导热模型对地源热泵夏季间歇运行模式地埋管换热器的换热特征进行了数值模拟,分析了间歇运行模式对地埋管换热器性能的影响。热泵停机后各处平均温度及平均线热流密度在穿透时间内将延续换热器正常运行时的变化规律;在总运行时间相同的条件下,开停机次数适当增加,可以有效改善地埋管换热器的性能。     

水平地埋管换热器埋管间距的探究

主要针对水平埋管的传热规律及制约因素建立水平埋管周围土壤不稳定温度场的数学模型,并利用有限元进行模拟计算。其次,在建立地源热泵水平埋管换热器传热模型的基础上,对水平埋管传热和周围温度场分布进行了数值模拟,得出最佳的水平埋管间距,这对地源热泵水平埋管工程设计有一定的指导作用。     

地埋管换热器换热性能影响因素的研究

分析了地埋管换热器的传热模型及适用条件,讨论了影响地埋管换热器换热性能的因素,包括土壤热物性、回填材料、地下水流动、土壤冻结、埋管之间的热干扰以及管内循环流速,总结了目前国内外研究的不足,并指出了下一步的研究方向.     

地埋管换热器传热分析的参数影响研究

地埋管换热器是地源热泵系统的关键装置,本文对影响其换热能力的主要设计参数进行了定量分析。首先探讨了规范中热阻的物理意义,研究了场地岩土介质的热物性参数及地埋管间距对非稳态热阻的影响规律,所得结论对工程设计具有一定的指导意义。     

竖直U形地埋管换热器传热特性实验研究

竖直U形地埋管换热器进水温度一定的条件下,进出水温差不仅反映地埋管换热器的换热能力,还影响着地源热泵的运行效率,引入地埋管换热器能效系数反映此影响特性。实验研究了地埋管换热器进水温度、流量、地埋管埋深对地埋管换热器传热特性的影响。提高地埋管换热器的进水温度、降低流量、增大地埋管埋深可以有效增大能效系数。受地质条件与经济性等制约．地埋管换热器进水温度、埋深不能无限制增大,流量不能无限制减小,应根据实际情况进行优化分析：     

不同回填材料下地埋管换热器性能的实验研究

实验研究了原土(粉细砂)和中粗砂回填条件下双U形地埋管换热器的传热性能,获得了换热量随管内流体平均温度的实测变化曲线。结果表明,换热量与流体平均温度之间呈线性变化规律,在地埋换热器工作温度范围内,中粗砂回填时的换热量比粉细砂回填时高约10%(取热工况)和6%(排热工况)。建议在选择回填材料时,应在考虑其对地埋管换热器传热特性影响的基础上,进一步考虑其经济性。     

竖直U形地埋管流速与换热强度实验研究

在2个实际工程现场钻取测试井,采用常见的竖直U形地埋管形式,设定不同的管内流速,测得模拟冬、夏季工况下的进出口水温,计算出单位井深换热量,分析了管内流速对地埋管换热强度的影响。结果表明,在0.6~0.9m/s的流速范围内,地埋管换热强度随流速的增大而增大,超出这一范围,增大流速会导致换热强度降低。     

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。     

土壤水分迁移对地埋管换热器夏季性能的影响

基于一维线热源理论,建立了同时考虑温度和含水量变化的土壤热湿传递线热源模型。针对地源热泵夏季运行工况下地埋管周围土壤温湿度的变化进行了数值模拟,结果显示,水分迁移对土壤含水量的影响主要集中在钻孔内。对模拟结果与一维热湿传递实验结果进行了对比,发现二者具有较高的相似性。数据拟合得到不同土壤初始质量含水量下对普通线热源模型地埋管换热量的修正公式。通过对不同埋深地埋管换热量的加权分析,认为当夏季平均地下水位高于-20m时,可以不考虑水分迁移引起的换热量偏差。     

桩基地埋管换热器传热性能研究

土壤源热泵地埋管换热器占地面积较大,配合采用桩基地埋管换热器将大幅缩小占地面积.结合工程实例,对采用W形地埋管的桩基地埋管换热器的热流量进行了测试,其传热性能高于常规单、双U形地埋管换热器.