群井地下换热系统初温和构造因素影响传热的研究

利用传热模拟计算,研究了地源热泵(GSHP)地能利用中群井系统初态因素对温变特性的影响规律。探讨地下初始温度、井群基本构造尺寸等对地下土壤温度场分布的影响。指出土壤初始温度是决定土壤源热泵运行的重要因素,初始温度提高1倍,系统运行时问和输出总热量增加约24倍。小井径对负荷因素影响更加敏感,相同的热负荷下,热流密度高,温度场变化剧烈。对于大井径而言,温度场变化相对平缓,但更易于发生井间传热交互影响。初态因素是强化地能利用中的重要因素之一,据此合理布置大区域群井意义重大。     

西安地区地源热泵项目运行分析

不同运行方式对地源热泵系统的长期稳定性有着重要作用。以西安地区为例,建立了双U型地埋管换热器三维传热模型,模拟了不同运行方式对单孔和群孔换热器换热特性的影响。研究结果表明：地源热泵管群系统应间歇运行,每天最大负荷工况下连续运行不超过8 h;年总供冷热量差值控制在10%内,以便土壤温度恢复;3年和10年土壤温差分别控制在1℃和3℃内,以保证地源热泵系统长期供能效果。     

基于数值计算的U型地埋管井群换热器计算模型研究

针对U型地埋管换热器的特点,在分析单井换热器换热量的基础上,考虑到多井换热器井与井之间传热的相互干扰,提出了一种用于U型地埋管井群换热器数值计算的9井模型,这种模型在数值计算时既能代表一般井群换热的规律,又便于计算机处理,为实际工程中分析井群换热规律提供了很好的理论依据。     

提高地能利用的强化传热试验研究

以太阳辐射积聚大量能量和冷热良性循环蓄集巨大能量的地下是一个庞大的可再生能源库，也是一项可充分利用的自然能量资源。该文介绍了在地源热泵系统中开展的地下100m和200m竖直井闭式循环传热的研究工作，提出利用地下螺旋芯管束新方法，加强旋流流动，提高地下换热能力。试验表明，在放热和吸热过程中，传热均得到显著提高。所提出的可控制间歇过程，将充分发挥换热井的换热能力，实现最少的井数布置，保证良好的地源热泵机组运行工况。     

运行模式对地埋管换热器热交换性能的影响试验

运行模式对地埋管换热器的热交换性能具有显著影响。文章借助桂林理工大学建立的地源热泵实验平台,对桂林地区地源热泵制冷工况下3种运行模式进行试验,研究地源热泵的运行状况及管壁温度变化特性,分析运行模式对地埋管热交换性能的影响规律。研究结果表明:3种运行工况下,地源热泵机组的性能系数COP分别为4.30,4.03,3.48,竖埋管单位管长换热量为14.4~32.8 W/m,水平埋管单位管长换热量为14.8~17.9W/m;地埋管的管壁温度随着地源热泵的运行发生变化,其恢复程度与停机时间的长短有关;间歇运行模式有利于土壤温度场的恢复,提高地埋管换热器的热交换性能;停运比Ps-o由0变化到1时,热泵机组性能系数COP增加了15.8%。     

湿土壤含湿特性对传热影响研究

针对于地源热泵地能换热系统在具有热源条件下土壤热湿迁移现象,进行了初步分析和实验,并对模拟计算应用可行性进行了认证。土壤含水静态传热实验,目的在于探讨土壤含湿程度对传热能力的影响,以及地下含水程度对换热区域换热性能的影响。研究土壤不同含水率情况下的传热性能,从而推断含水率在工程中的影响程度。为进一步研究地源热泵应用中关于土壤含水的传热问题奠定基础。     

间歇过程地温恢复特性及其规律模拟计算分析

通过试验和模拟分析，研究了地源热泵(GSHP)地能利用中，间歇控制过程对系统输出性能的影响、对井壁附近温度恢复的影响以及井的结构参数对系统输出性能的影响。试验和模拟计算结果表明，间歇控制技术能使井壁附近温度得到有效恢复，对发展利用地能供热供冷系统具有非常重要的实用价值。     

如何保证地源热泵式沼气池加温系统长期稳定运行

针对地源热泵式沼气池加温系统中出现的冬夏季取排热不平衡从而影响其长期稳定运行的问题,本文在采取控制运行方式、增加辅助热源和蓄热系统解决方法的分析基础上,从充分利用可再生能源和地源热泵设备的角度出发,提出热泵供热和制冷互补模式与太阳能-地源热泵多功能互补模式,并对其可行性进行分析。     

地源热泵垂直埋管的传热模型及计算

建立了垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型,采用有限差分法建立了垂直U型埋管换热器瞬态传热模型的解析解;并且在不同的工况下进行实验测试,与模拟结果进行了对比,结果表明模拟与实验能较好地吻合,从而使模型的正确性得到了验证。可为地源热泵的设计和运行提供理论指导。     

地源热泵换热器可靠性设计方法研究

介绍地源热泵换热器传热模型和设计方法的研究现状,分析地源热泵换热器传热影响因素的随机特征,提出地源热泵换热器的可靠度分析方法,讨论采暖热能指标及设计值的变异性。结合工程实例提出基于可靠性理论的地源热泵换热器设计与分析方法。     

Experiment and simulation of temperature characteristics of intermittently-controlled ground heat exchanges

Because of poor heat transfer coefficients of soil/rock, ground source heat pumps (GSHP) or underground thermal energy storage (UTES) systems always occupy a large area and need many ground heat exchangers. This initial energy investment is so heavy that it cannot be used on a large-scale. Intermittent operation can reduce the extreme temperatures around the ground heat exchangers (GHEs) and keep the temperature in reasonable range. The aim of this study is to implement an experiment and develop a dynamic model of hydronic heating systems of GSHP in order to get a more fair comparison of energy efficiency between continuously controlled and intermittently controlled systems. Factors such as thermal inertia, temperature levels and lag time are also considered to see how they affect the efficiency. It is shown that temperature variation is related to the intermittent period and that intermittence prolongs the heat transfer without reaching at an utmost temperature (operation limitation). An effectively controlled intermittent process can optimize the capacity of heat exchange units so as to achieve better application of the ground energy. Additionally, the intermittent control can decrease the number of GHEs of GSHP and UTES systems and keep better working conditions.     

Microencapsulated phase change slurries for thermal energy storage in a residential solar energy system

Phase change materials (PCMs) are attractive for use in thermal energy storage applications and thermal regulation/control due to their high-energy storage density over a small temperature range. The direct use of phase change materials for energy storage and/or heat transfer applications has been limited due to the low thermal conductivity of the PCM particularly when solidifying on the heat transfer surface. A Phase change slurry (PCS) consists of small micro-encapsulated PCM particles suspended in a carrier fluid which enhances the heat transfer to the PCM. The PCS can serve not only as the thermal storage media but also as the heat transfer fluid, and hence may have many potentially important applications including in the field of heating, ventilation and air-conditioning (HVAC), refrigeration, solar energy and heat exchangers. A test system to examine PCS performance in residential thermal energy storage applications has been developed to both observe and characterise the thermal processes that occur in a thermal store with a helical coil heat exchanger. These test results will be used to improve the system design and identify limitations when used for intermittent application.     

间歇性大功率相变热沉研究

针对某300W大功率间歇式热源,选用9wt%膨胀石墨-56号石蜡复合材料作相变工质,铝翅片作导热结构,基于Fluent软件,采用等效比热容数学模型,在安全温度为65℃情况下,设计得到能稳定运行3500s的相变热沉。针对该相变热沉,为验证等效比热容数学模型的可靠性,搭建了相变热沉测试系统,研究了热源功率及相变工质对热沉控温性能的影响。结果表明：等效比热容数学模型有效可靠;相变材料熔点越低,相变热沉温控时间越长;而热源输入功率越高,相变工质熔点的影响将变小。此外,为降低系统内部温差、减少石蜡泄露以及降低加工成本,进一步提出了热管-回转式翅片相变热沉,热管-回转式翅片相变热沉在热源功率为300W条件下,温控时间高达4300s,内部温差仅在1.6℃以内。     

多孔介质中的相变传热特性及其在建筑物节能中的应用

将非饱和多孔介质应用于建筑节能，使低品位，低密度的太阳能通过工质的相变得以利用，对实现建筑物的采暖具有应用价值。通过对非饱和多孔材料内的二维流场，温度场以及蒸发量场的数值计算，分析了两端开口的圆柱环型多孔腔内非饱和多孔介质的传热传质特性，研究了流体雷利数及边界条件的变化对多孔床热质迁移的影响。     

地质结构分层中地埋管换热特性研究

依托徐州某工程场地,分析分层地质结构体中地埋管的换热特征,提出应考虑地层结构指导地埋管埋深,并研究进水温度、循环水流速、运行方式与分层换热量的变化规律。结果表明,地层分层研究在分析钻井埋管深度设计方面具有优势,换热性能好的地层受循环介质温度、流速的影响变化最为显著;间歇性运行能有效提高地层换热量,换热性能好的地层增益效果佳。     

分离式温控热管实验研究

根据热能工程及化工领域中的某些实际需要,提出了一种新型分离式温控热管并进行了实验研究。该种热管能够在保持传热温度变化很小的情况下自动改变传热功率来适应负荷变化的需要。实验结果表明,当温控热管传热功率增加200％时,热管工作温度变化小于5％。     

重力热管传热波动特性研究及抑制方法探讨

重力热管在启动、稳定操作、工况条件变化时的脉冲沸腾和温度波动现象，对热管的传热效果和使用寿命有不利影响。采用简单的弹簧抑泡装置，可以抑制热管内工质产生气泡，吸收气泡中的热能，使工质温度分布趋于均匀，同时，可以强化工质和管壁间的对流换热。实验表明，采用弹簧式抑泡装置的重力热管强化传热效果十分明显。     

地埋管间断工作进出孔平均温度预测方法研究

按不改变每天总换热量的原则,将单位长度地埋管换热孔在制冷季或制热季中每天的实际释热或取热过程简化为一个矩形释热或取热脉冲,脉冲大小为单位长度地埋管换热孔的设计释热量或设计取热量,时间为每天的等效满负荷释热或取热小时数。采用线热源理论和热流叠加原理,推导若干个矩形脉冲负荷作用后地埋管换热器进出口温度平均值的计算公式,并通过长期现场岩土热响应试验对该公式进行了验证。在已知制冷季或制热季天数和地埋管换热器每天等效满负荷工作小时的基础上,通过设定地埋管在制冷季和制热季传热流体的最高或最低温度,可用该公式计算单位长度地埋管换热孔的设计释热量或取热量。     

一种新型可变导热管传热与控制温度机理分析与实验

首次提出了一种新型可变导热管换热装置,用于增压沸腾流化床发电系统中出灰管的冷却与温度控制。分析与实验表明：在出灰管内灰渣流动不稳定,即外界加热负荷或者冷却条件显著变化时,热管的工作温度几乎不变,能够控制在要求的范围内;热管工作温度随充气量增大而增高,但控制温度特性没有明显改变;与常规热管不同,可变导热管内蒸汽温度沿冷凝段轴向显著变化,蒸汽凝结受到了抑制,热管传热量有所减少。