地埋管热响应测试及数据分析方法

对上海某商务楼垂直地埋管换热器进行热响应测试,该商务楼占地面积大,在相隔300m两个地块分别钻三口测试井.本测试的特点是:地埋管换热器有效换热深度大,测试内容包括单U型及双U型地埋管,根据测试要求设定不同的循环流速.采用一维线热源模型对测试数据进行科学严谨的分析,本文将给出计算土壤导热系数、垂直地埋管换热器传热热阻及确定单位井深换热量方法.试验数据具有很强的对比性并能验证测试准确度.测试结果表明,该测试点的土壤导热系数为1.84～1.94 W/(m·K);相同埋管形式与管径地埋管换热器,传热热阻相同.本测试中双U型φ32埋管热阻大于双U型φ25热阻,单U型φ32型埋管热阻最大.应用线热源模整理出计算给定进水温度下的单位井深换热量公式,并计算出不同埋管形式及循环水流量下的单位井深换热量.     

捆扎式三U型埋管换热器开发及性能分析

针对地源热泵系统中U型埋管换热器建立三维模型,用FLUENT软件对比分析了四种U型埋管换热器的单井换热量,结果表明,单井中布置三组U型埋管为宜,并提出了出口管捆扎式三U型埋管,且捆扎后外敷绝热层更有利于提高三U型埋管的换热量,提高回填材料的导热系数就像U型埋管加装了翅片一样,也有利于提高换热量,但材料导热系数取值存在极限。     

U型管埋地换热器周围土壤传热性能实验研究

利用热响应原理,通过实验分析了两个工程案例的埋地换热器周围土壤的导热系数,并具体分析了热响应实验的测试周期与土壤的温度恢复周期;介绍了初始运行时间、钻井回填土类型、U型管内循环水的流速对土壤的导热系数的影响;进一步阐述串联形式与并联形式、双U型管与单U型管埋地换热器的传热性能.     

基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析

为了研究U型地埋管换热,以线热源模型作为基础,以夏季制冷工况为例,运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明:当换热介质流量和埋管深度均增大3倍,土壤导热系数增大1.6倍时,单位管长换热量变化幅度分别为9.9%、-10.7%、23.3%。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。     

水平螺旋型地埋管换热器换热特性的数值模拟与试验验证

基于有限差分法建立了水平螺旋型地埋管换热器的传热数学模型,分析了地下水渗流速度、地下水位、土壤孔隙率、土壤类型对其换热量及其周围土壤温度分布的影响,结果表明:随地下水渗流速度增加,埋管换热器周围土壤温度降低速率增加,从而可提高其换热性能;当地下水位在4.2 m以上时,地下水位越浅,带走换热器周围土壤的热量越多,换热器周围土壤温度越低;当地下水位在4.2 m以下时,地下水渗流对换热器换热量影响较小;随孔隙率增加,埋管内水温下降速率增大,埋管换热量增加。此外,土壤类型对土壤温度变化影响较大,热扩散系数高有利于土壤中热量的扩散,比热容高有利于降低土壤温度上升速率和幅度,砂岩由于其比热容和热扩散系数高,最有利于换热器运行,而黏土是最不利于换热。试验验证表明:所建水平螺旋型埋管模型预测出的换热量与对应试验值吻合较好,其最大与平均相对误差分别为9.1%与3.3%。     

地源热泵U型管换热器夏季工况试验分析

U型管换热器设计是土壤源热泵系统应用的关键,埋管深度、管内流速、土壤初始温度、运行模式等都是影响其性能的主要因素,利用上海地区所建设的不同埋深U型换热器(60m,90m)土壤源热泵试验装置,进行了夏季工况试验,测得热泵运行前土壤初始温度分布;测试了热泵机组间歇和连续运行时换热器的换热情况;还针对不同埋管内冷却水流速,测得到了单位孔深换热量,结果表明增加冷却水流速并不能一味地提高其每延米换热量,埋管内冷却水流速存在一个最佳值。     

基于圆柱源理论的热泵垂直U型地埋管模拟分析

基于圆柱源理论,建立了U型地埋管换热器传热模型,并进行了数值求解。计算结果表明,夏季U型地埋管换热器在给定进口温度和流量时,连续运行48h后,地埋管出口水温、壁面温度和单位延米换热量基本趋于稳定。单位延米换热量与热响应实验数据误差为3%,验证了模型的准确性。以某地区空调系统地埋管换热器设计为例,模拟分析了不同负荷特性下地埋管换热器的换热性能。模拟结果显示整个夏季运行中地埋管最大进口水温低于设定值37℃,满足机组运行温度要求,设计合理。可为实际的工程应用提供参考。     

基于不平衡系数对地埋管热短路的评价与分析

在热响应试验的基础上,通过FLUENT建立单U型竖直地埋管系统的三维非稳态数值模型。引入热短路不平衡系数作为评价热短路现象强弱的指标,分析了回填土导热系数、管内流速、系统井深和运行方式对地埋管热短路现象的影响。模拟结果表明,回填材料导热系数和系统井深与热短路不平衡系数成正比;流速与热短路不平衡系数成反比,而且对热短路现象强弱影响最大;采用间歇运行可以提升系统换热效率,但不能缓解热短路现象。     

新风侧凝结对间接蒸发冷却器换热性能的影响研究

为研究间接蒸发冷却系统作为空调系统的新风预冷装置在夏季相对湿度较高的环境下的换热性能,利用微元分析法构建了适用于叉流板式间接蒸发冷却换热器的二维传热传质分析解模型,并对不同新风温湿度状态下间接蒸发冷却系统的换热性能进行了试验测试。理论计算及试验结果表明:在夏季高温潮湿环境下,间接蒸发冷却器新风通道内将出现凝结换热。换热壁面上的凝结液膜虽然会增加导热热阻降低显热传热量,但系统总换热量将随凝结换热过程的增强而显著提高,凝结过程产生的潜热换热量占总换热量的75%左右。换热器的湿球换热效率在新风相对湿度为50%,70%,90%状态下分别为70%,62%,50%左右。蒸发过程中的喷淋水消耗量与系统总换热量相关,平均每产生1 kW的热量传递对应消耗水量为1.5 L/h。     

新型导热塑料翅片管的研究

导热塑料是一种功能性高分子材料,采用导热塑料翅片管作为换热器的新型传热管,具有耐腐蚀、抗结垢、重量轻、加工方便、成本低等优点。本文采用管内外单位温差、单位传热量翅片管材料消耗体积最小(或造价最小)为优化目标函数,得出材料导热系数不同时的最佳翅片几何参数。导热塑料与钢、铝合金翅片管比较结果表明,在完成相同传热任务时,导热塑料翅片管的价格可降低50%左右,并可实现以塑代钢,具有明显的经济效益及社会效益。本文详细介绍了提高塑料导热系数的途径以及导热塑料管制造及组装工艺。     

地埋管换热器传热特性模拟与试验研究

利用土壤源热泵试验系统,进行不同埋管间距下夏季连续运行试验,用FLUENT软件建立竖直U型地埋管换热器与土壤间的传热模型,对不同管间距的U型地埋管周围土壤温度场和地埋管换热器传热特性进行了数值模拟,将数值模拟结果与试验数据进行对比分析。通过分析,得到了不同埋管间距对土壤源热泵系统性能的影响大小,以及地埋管周围土壤温度场的变化对地埋管换热器换热性能影响规律,验证了所建立的模型和所用模拟条件的正确性。     

地源热泵U型埋管换热影响因素的数值模拟与分析

用GAMBIT软件建立了单U形管换热器与周围土壤换热的物理模型并进行了网格划分,用FLUENT进行了数值计算,分析土壤的导热性能、回填材料的导热性能、换热器进口水温及流速大小、钻井深度、管腿中心距和换热器管材等因素对换热器性能的影响,得出了一些对工程实践有用的结论.     

U型垂直地埋管换热器性能的影响因素分析

为了了解不同的设计参数对于换热器性能的影响,本文通过建立流体力学三维模型模拟了管长60²00m的地埋管换热器性能。研究结果显示,流体进口温度、流体速度和初始地下温度都对换热器性能有显著的影响,考虑到热通量和压降2个因素,推荐流速为0.5m/s。回填物和土壤的密度及比热对性能的影响小于导热率的影响。文中开发了一个简单的数学模型用于预测回填物和土壤,比热和导热率以及热通量的影响,预测结果与CFD结果高度符合。当换热器的长度从60m增加到200m,热通量下降,影响半径也变小。     

空气源蓄热式土壤源热泵系统模拟研究

提出了空气源蓄热式土壤源热泵系统,该系统将夏季自然空气热量蓄存于土壤中,冬季再由热泵取出供热,即实现了可再生能源的移季利用又能解决严寒地区应用土壤源热泵引起的土壤全年总取热量与总排热量失衡的问题.为研究系统运行特性,建立了系统全年仿真模型,并以哈尔滨某建筑为例进行了模拟计算.结果表明,经移季蓄热埋管管壁处土壤温度升高了3.2℃,显著改善了热泵运行条件,使得供暖保证率达到了99.5％,热泵性能系数为3.99,系统全年供热性能系数为2.56.证明了该系统在严寒地区应用是可行的.     

土壤源热泵系统埋地换热器换热性能研究

对土壤源热泵系统埋地换热器的影响因素进行研究,分析三种获得土壤热物性参数的方法,得到利用现场测试法较精确.搭建实验台对埋地换热器传热量进行测试,发现室内负荷和埋管循环水流量对埋地管与土壤的换热量影响较大,利用圆柱源传热模型进行模拟验证,模拟结果与实验结果吻合较好.     

Heat Conduction in PVD Nanocoatings

The model of heat conduction in nonisostructural multilayered coatings is presented in this paper. It is based on well known phonon and electron heat transfer mechanisms. The volume of heat conduction coefficient depends on the mean free path, which plays a significant role when the sublayer thickness becomes lower than the critical one. The value of the mean free path of the heat carriers was determined by means of Monte Carlo numerical experiment and on this base, the analytical model describing the coating modulation parameter influence on the heat conduction coefficient was elaborated. The same amorphisation degree of the structure was taken into account, what is connected with the electron role limitation in heat transfer process, on the one side and very strong mean free path decrement of the phonons on the other side, so the results are very low values of heat conduction coefficients of the interlayer boundaries. The modified equations describing effective heat and temperature conduction coefficient were introduced to connect the single sublayer properties and interlayer boundaries.Experimental verification was realized with use of the variable-temperature camera method. This method is based on the indirect temperature change measurement of the coating and the substrate during specified heat flux flow with use of the X-ray diffraction. The changes in thermal expansion of substrate in temperature function were used as a reference base.     

螺旋折流板管壳式换热器的传热计算及连接结构改进

利用不同规格螺旋折流板换热器试验设备所得传热数据,推导出传热系数的变化规律,确定出不同角度的折流板传热修正系数。将修正系数引入传热计算公式中,解决了螺旋折流板换热器的传热计算问题,改进了传统换热器总传热系数低、壳程存在流动死区、所需换热面积大等不良因素。此外,对换热管与管板连接结构进行了优化,可降低设备泄漏质量事故的发生。