双U型地埋管换热器模型的建立及实验验证

地埋管换热器与土壤的换热状况,直接影响到土壤源热泵系统的运行性能.因而建立恰当的地埋管换热器模型,对埋管与土壤的传热研究至关重要.根据钻孔内外传热的不同特点,建立了钻孔内准三维稳态导热数学模型和钻孔外二维非稳态导热数学模型;并以钻孔壁为纽带,将内、外模型组建成完整的地埋管换热器模型.进而利用Ansys有限元法建立其物理模型并进行求解.通过热响应实验,充分验证了该模型的可靠性.这为建立土壤源热泵系统模型,模拟系统长期变负荷工况运行下土壤热堆积情况奠定了坚实基础.     

竖直地埋管换热器热作用半径的估算方法

为了在设计过程中合理布置换热器和估计它们之间的热干扰程度,提出估算竖直埋管换热器影响半径的方法.通过几种简单负荷条件下换热器周围土层中过余温度的分布特征分析了过余温度随距离衰减的一般性规律,指出土层对短周期冷热交替负荷具有“过滤”作用,即短周期冷热交替负荷引起的过余温度会随距离很快衰减,周期越短则衰减越快.基于该“过滤”作用,得到了离换热器一定距离处最大过余温度的估算公式和换热器热作用半径的估算方法.通过实际算例表明:该估算方法能快速和较准确地确定换热器的热作用半径,在设计过程中可利用其确定换热器的间距;换热器的热作用范围主要受两方面影响：一是土层的综合热扩散系数和导热系数,二是其负荷的冷热不平衡率和所包含的长周期冷热交替成分的大小.     

地热换热器间歇运行工况分析

地源热泵应用推广的关键和难点是地热换热器的设计和运行模拟,大多数工程应用均采用简单而又实用的线热源模型。本文利用线热源解模拟出地热换热器周围土壤的温度响应,对于随时间变化的负荷或间歇负荷可以近似用一系列的矩形脉冲热(或冷)负荷来代替。因此,采用了迭加原理来分析计算随时间变化的间歇负荷引起的温度响应。通过模拟计算发现,在计算流体的最大温升值时,可以把间歇工作的周期性脉冲热流简化为一个持续作用的平均热负荷和一个脉冲负荷的和。这为地热换热器的设计计算提供了一种简单实用的方法。通过编程模拟还证明,对于地热换热器来说,冷热负荷平衡的工况是最理想的工况,长期运行不会引起地层中热量(冷量)积累而使地热换热器性能退化。     

地热换热器间歇运行工况分析

地源热泵应用推广的关键和难点是地热换热器的设计和运行模拟,大多数工程应用均采用简单而又实用的线热源模型。本文利用线热源解模拟出地热换热器周围土壤的温度响应,对于随时间变化的负荷或间歇负荷可以近似用一系列的矩形脉冲热（或冷）负荷来代替。因此,采用了迭加原理来分析计算随时间变化的 间歇 负荷引起的温度响应。通过模拟计算发现,在计算流体的最大温升值时,可以把间歇工作的周期性脉冲热流简化为一个持续作用的平均 热负荷和一个脉冲负荷的和。这为地 热换热器的设计计算提供了一种简单实用的方法。通过编程模拟还证明,对于地热换热器来说,冷热负荷平衡的工况是最理想的工况,长期运行不会引起地层中热量（冷量）积累而使地热换热器性能退化。     

岩土温度场对垂直地埋管换热影响的数值分析

模拟夏季制冷条件下地源热泵地埋管周围岩土层非稳态传热过程,分析了钻孔外岩土区域温度场热作用特性及影响因素.利用多层岩土传热模型,研究距钻孔一定距离处岩土温度场分布随运行时间的变化规律,分析钻孔内回填土导热系数对换热器传热性能及周围岩土温度场的影响.模拟结果可为地源热泵地埋管换热器的动态模拟及设计提供参考.     

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.     

双U型埋管地热换热器的传热模型

合理地分析地热换热器中的传热过程是保证地源热泵空调系统经济可靠地运行和降低其初投资的要求,因而确定钻孔内热阻对于设计地源热泵空调系统中的地热换热器具有重要的意义.本文采用准三维模型对于对称布置的双U型埋管地热换热器钻孔内的传热情况进行了分析研究.在考虑各支管间的"热短路"的条件下,导出了循环流体在各个支管内沿钻孔深度方向上温度变化的解析表达式,进而确定了双U型埋管地热换热器钻孔内的热阻.这一理论模型为进一步定量分析影响双U型埋管地热换热器传热性能的诸多因素奠定了基础.     

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。     

地埋管长度计算中关键参数的计算方法研究

地埋管换热器是地源热泵系统的核心组件,文中对基于线热源理论的地埋管换热器长度计算中的关键参数计算进行了讨论。将典型气象年数据应用在确定最热月、最冷月和地表面年平均温度上。引入平衡温度的概念,计算建筑物逐时负荷。进而提出由建筑物逐时负荷和水源热泵机组性能拟合曲线,计算地源热泵系统制冷运行系数和制热运行系数的方法。给出热泵机组最高进液温度、最低进液温度、钻孔热阻和土壤热阻等地埋管长度计算关键参数的选取、计算方法。最后提出垂直U形地埋管换热器长度计算步骤。     

地源热泵桩基与钻孔埋管换热器换热性能比较

相对于钻孔埋管换热器,桩基埋管换热器在换热性能和经济性方面均具有较大优势,目前越来越广泛的应用于地源热泵工程中。围绕钻孔与桩基埋管换热器的结构特点和换热机理进行对比分析,针对南京某项目桩基埋管换热器开展了换热性能实测及数值模拟分析,并采用数值模拟手段对比分析了钻孔与桩基埋管换热器的换热性能差异。研究结果进一步证明了桩基埋管换热器具有良好的换热性能。提出的传热性能数值模拟方法可较准确地计算出桩基和钻孔埋管换热器的传热效率。     

竖直埋管地热换热器的稳态温度场分析

对竖直埋管在半无限大介质中的稳态传热模型进行了分析讨论。采用虚拟热源法有线性迭加原理给出了其解析解，并绘制了其相应的温度分布曲线图，指出了现行教科书中由于混淆淆绝热边界条件与等温边界条件而得出的关于该问题的错误结论。针对工程实际提出了孔壁中点温度和积分平均温度这两个地热换热器孔壁代表性温度的定义，给出了两者的适用于工程应用的简明计算公式，并对两者进行了比较。基于以上分析，进一步讨论了全年冷热负荷不平衡地热换热器长期性能的影响。     

复合相变储能墙体热特性实验及参数辨识方法

通过进行复合相变储能墙体换热系数的测量与辨识,能够正确确定相变储能墙体的内表面换热系数,准确地进行负荷计算和建筑能耗分析,为建筑环境的热舒适性设计和系统选择提供可靠的依据.本研究利用数据采集系统采集了相变储能墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差这两个重要参数,利用遗传算法和最小二乘法分别对采样数据进行辨识,最终得到了各自的表面换热系数估算值.比较热流实测值和遗传算法的预测值可知,预测数据与实验数据非常吻合,说明遗传算法是一种通过墙体表面的动态实验数据,获得相变储能墙体表面换热系数的有效方法.     

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.     

Experimental investigation on operating instability of a dual compensation chamber loop heat pipe

The operating instability of a dual compensation chamber loop heat pipe (DCC-LHP) including temperature hysteresis, reverse flow and temperature oscillation is described and explained in this paper. Test results indicate that the steady state operating temperature under the variable conductance mode is not the same during the power cycle tests with the same heat load, and it is lower during the power reduction cycle than that during the power increase cycle. Orientation has an effect on the heat load range when temperature hysteresis occurs, and the effect of power variation amplitude can be ignored. Reverse flow tends to occur in some of the startups at low heat loads, even if vapor existed in the vapor grooves initially, which is caused by a higher pressure inside the wick due to evaporation in the evaporator core or vapor penetration into it. Temperature oscillation tends to occur in some of the startups at low head loads or some steady-state operations at high heat loads. Especially when the compensation chamber with the bayonet through is above the evaporator, the incidence rate of temperature oscillation is high. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50676006)     

温度与列车荷载作用下高速铁路无砟轨道力学性能研究进展

为深入了解温度及高频列车荷载作用下无砟轨道结构损伤研究进展,概述无砟轨道的主要结构型式及其优缺点,梳理无砟轨道温度场与温度效应的研究现状,重点分析不同温度荷载形式下层间界面损伤发生、发展过程与变化规律;介绍静力作用下路基、桥上无砟轨道的静力特性及疲劳荷载作用下的疲劳损伤演化机制;探讨温度-列车荷载耦合作用下无砟轨道结构力学响应研究现状及其重难点;总结目前研究的局限并进一步展望未来发展趋势。结果表明：具有太阳辐射地域性差异的无砟轨道温度作用模式和取值鲜有研究,设计规范也没有针对性说明,后续应结合历史气象数据准确计算无砟轨道温度作用,绘制不同地域的无砟轨道温度作用取值等温线地图,提高结构温度作用取值和温度计算理论的精度;对温度及列车荷载对无砟轨道结构损伤的研究多集中于整体结构,细部结构损伤演化未深入研究,应对标工程实际,结合轨道细部构件与整体结构、室内加速试验与现场试验、数值分析与试验研究,量化无砟轨道各参数与结构的映射关系;因试验条件限制,现有温度-荷载及力学试验均分段进行,仅从数值模拟角度对无砟轨道开展温度-列车荷载耦合作用下的性能研究,数值结果缺少模型试验的验证,应在单一荷载研究背景下进一步突破温度-列车荷载耦合作用下的多尺度模型试验方法、多场耦合精细化数值分析方法,揭示温度-列车荷载耦合动力学行为和轨道结构失稳机理;循环温度、持续高低温等复杂温度和列车荷载耦合效应鲜有研究,应探明复杂温度-列车荷载耦合作用下无砟轨道损伤演化机制,优化无砟轨道体系设计,完善耦合作用下的轨道结构性能服役评估标准。     

倾斜埋管地热换热器稳态温度场分析

对地热换热器中单个倾斜钻孔引起的稳态温度分布进行了分析。在有限长线热源和半无限大介质的假定下，采用虚拟热源法和线性叠加原理，首次导出了倾斜有限长线热源产生的三维稳态温度分布的解析解表达式，并揭示了各参数对该传热过程的影响规律。提出了稳态时地热换热器倾斜孔壁两个代表性温度的定义，并对两者进行了比较，进而给出了可供实际工程应用的简化计算式。     

汽车荷载对滑坡稳定性的影响分析

当前滑坡防治工程设计中,没有考虑汽车荷载对滑坡稳定性影响。将汽车荷载简化为移动恒载和汽车动力荷载,其中移动恒载量值介于2.34~6.41 kPa之间,并以冲击系数表征汽车动力荷载,冲击系数μ介于0.1~0.4之间。并采用工程界常用的多种稳定性分析方法,结合算例,通过不考虑同考虑汽车移动恒载载、汽车动力荷载的滑坡稳定性分析对比,发现对于公路从滑坡下滑段通过的浅层滑坡(8m以内),不考虑汽车荷载同考虑汽车移动恒载相比,稳定性系数要高4.3%~11%,不考虑汽车荷载比同时考虑汽车动荷载时稳定性系数要高5.8%~12.1%,即不考虑汽车移动恒载、汽车动力荷载的影响会人为提高滑坡的稳定性系数,且量值不可忽略。对于中厚层滑坡或公路从滑坡抗滑段通过情况,汽车荷载对滑坡稳定影响微弱,可以不予考虑。