冻结法施工中的冻土特性试验研究

为获得冻结法施工中土体冻胀融沉特性规律,以某地下联络通道工程为原型,根据相似理论,进行了水平冻结模型试验。结果表明,冻胀融沉过程中,土体温度先迅速降低后升高,维持在0℃一段时间后,继续缓慢升高至室温;土压力值先增加后减小,其中,竖向土压力值随深度的增加而增大,相同埋深下,距冻结管越近,水平土压力值越大;土体融化固结沉降值明显大于冻胀位移值,土体竖向位移较水平位移变化显著。积极冻结期内土体温度降低速率变慢,且埋深越大、距冻结孔越近,土体温度降低越快、降幅越大;无侧限土体压力值先增加后减小,侧限土体压力值则逐渐增大,全封闭土压力值变化率更显著。     

寒区土壤源热泵带相变温度场数值模拟

根据传热学、渗流理论提出了寒区带相变问题土壤源热泵的数学模型及其控制方程,利用有限单元法对大庆油田某土壤源热泵冬季供暖工况下的传热问题进行了数值模拟和分析。通过与不考虑土壤冻结情况的结果对比,表明在热泵运行初期,由于冰水相变潜热的影响,土壤冻结锋面相对移动慢,土壤降低温度幅度小。随着冻结时间的增加,土壤温度分布逐渐稳定。土壤冻结时产生的相变潜热会影响土壤的传热效果。     

冻结土壤、水水平换热管耦合传热分析

以冻结土壤、水-水平换热管之间耦合传热作用为研究对象,对冻结条件下非饱和土壤连续性方程和热量迁移方程,采用有限容积数值方法进行离散求解,给出了部分温度场、冻结率分布图,并分析了耦合传热原因。分析结果表明:冻结土壤温度场是大致与地表平行的水平线,固液相变区高峰值发生在有回水管的上部,低值发生在无水平换热管的地方,水平换热管使冻结锋面向地表方向偏移,水平换热管进回水位置布置方式不同影响冻结土壤相变区域的大小与位置,回水管在单侧和中间布置是较优的布置方式。     

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。     

太阳能——土壤源热泵系统埋管周围土壤温度场的模拟

根据某地区的气候条件，在总结前人研究的基础上考虑太阳能辐射对土壤温度分布的影响，应用PHOENICS软件对太阳能——土壤源热泵系统地下垂直埋管周围土壤的非稳态场进行了模拟。其结论可为张家口地区太阳能——土壤源热泵系统地埋管的设计提供依据．     

严寒地区地埋管换热器周围土壤冻结区域分布特征实验研究

建立了模拟严寒地区土壤热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置,实验研究了地埋管周围土壤冻结区域的分布特征,给出了冻结相变锋面的平均移动速度。结果表明,土壤冻结区域呈不对称性分布,流体进口温度为-15℃时,埋深为350、700、1 050 mm,热响应区在40~60 mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为5、5、6.67 mm/h,热响应区在60~80 mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为1.54、1.82、1.82 mm/h;土壤冻结在一定程度上有利于地埋管与周围土壤之间的换热,在严寒地区地源热泵的设计中应考虑土壤冻结现象。     

湖南地区土壤源热泵制冷运行特性的实验研究

以南华大学土壤源热泵系统为研究对象,对夏季制冷运行特性进行实验研究。测得了热泵运行前土壤原始温度分布,测试了热泵机组连续和间隙运行时,管壁处土壤温度变化情况,埋管侧进出口水温的变化情况以及埋管换热器的换热情况。研究结果表明:土壤原始温度为19.77℃,与连续运行相比,间隙运行下管壁处土壤温度降低了2.3℃,埋管侧进出口水温分别降低了2℃和2.3℃,单位管长深换热量提高了25%。     

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。     

不同间歇冻结模式土体冻胀控制试验研究

选取冻胀敏感性粉质粘土,进行了连续冻结、全间歇冻结、后间歇冻结模式下的冻胀试验,得出了土体冻胀量、冻结锋面、温度梯度的变化规律及冻结模式与冻胀控制之间的关系.结果表明:与连续冻结模式相比,全间歇冻结、后间歇冻结模式下的冻胀量分别减少了14.4%、43.6%.不同变温起始时间对冻土冻胀控制效果不同,后间歇冻结模式能够更加有效地控制冻胀量的发展.后间歇冻结模式下,土体内已冻区的温度梯度小,是造成后间歇冻结模式下土体冻胀量小于全间歇冻结模式下土体冻胀量的主要原因,可以考虑通过减小冻胀量快速增长阶段曲线的斜率更有效地进行冻胀控制.     

季节性冻土区能量桩位移变化规律

能量桩是一种既可以与土体进行能量交换,又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结,下部土层未冻结,由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点,将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验,测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明：在非冻结土层中,多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移,5次取热循环后,桩顶沉降达到0.95%D(D为桩体直径),且桩体沉降未达到稳定;在冻结层,放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象,恢复过程中会发生桩体冻胀现象,融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小,在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中,冻胀引起的上升位移虽逐轮减小,但在5轮循环之后依旧存在,且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升,桩体最终产生上升位移,达到3.8%D。     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相价后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

神农大酒店地源热泵空调系统技术方案分析

为了提高地源热泵空调系统的能效比并降低地源热泵空调系统地埋换热器的换热器面积,减小系统投资,对神农大酒店地源热泵空调系统采用不同技术方案,从系统热负荷、全年不平衡热负荷、冷却水流量、系统能效比等几方面进行理论分析,经综合比较,采用冷热一体机与热水机串联+冷却塔辅助散热的复合式系统方案优于其他方案。但此方案受制于目前市场上冷热一体机的冷凝器和热水机蒸发器的循环水流通截面积不相等,引起流动阻力增加,影响使用效果。因此开发出冷热一体机的冷凝器和热水机蒸发器的循环水流通截面积相等的产品,是科研工作者和生产厂家要解决的首要问题。     

地埋管地源热泵系统建设中若干问题的讨论

对地埋管地源热泵系统在实际建设中遇到的问题进行了归纳和总结。对一些观念上的误解进行了辨析,并针对系统的优化设计进行了技术上的研究,提出了可行的解决办法。     

土壤源热泵单U型埋管换热器短期运行换热分析

单U型管是当前土壤源热泵系统广泛使用的地下换热器形式,而地下换热器是地源热泵系统的重要组成部分。考虑U型管的实际形状,借助数学方法和数值分析软件,建立了地下垂直埋管换热器传热模型,并通过编程求解数学模型,得到了系统短期运行不同工况下埋管周围土壤的温度场分布情况。通过分析得出土壤导热系数、土壤比热、钻孔回填材料导热系数以及U型管间距的大小对埋管的换热性能具有直接影响。得出的结果可为合理设计地下埋管换热器提供参考。     

直接膨胀式地源热泵设计工况探讨

对直接膨胀式地源热泵的运行工况进行了测试和分析.结果表明：直接膨胀式地源热泵压缩机不能直接按名义工况的制冷量或制热量来选型,而是在考虑冷热负荷不同的地区特性,以全年主要的运行工况为选型依据.夏季单U埋地换热器的出口温度按全年平均空气温度加上5～8℃来设计;冷凝温度按全年平均空气温度加上11～ 13℃来确定;蒸发温度按标准空气源热泵（AHRI）的名义工况7.2℃来确定.     

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%.     

地源热泵地板辐射供暖系统

开发新能源和节能是寻找能源出路的两大途径,地源热泵系统以其显著的节能性和环保性具有广阔的发展前景.地源热泵低温地板辐射供暖系统是将地源热泵和地板供暖结合在一起的新兴采暖方式.介绍了地源热泵低温地板辐射供暖系统的工作原理和构成,并以青岛地区为例,设计了土壤换热器、地板换热盘管等设备,探讨了系统设计的方法.     

混凝土储热桩不同埋管方式下土壤温度场的Star-ccm模拟

混凝土桩内部埋设换热管是高效开发与利用地下热能的一种新方法.本文通过建立混凝土桩换热管模型,并用star-ccm计算机模拟3种不同的埋管方式,得出不同埋管方式下,混凝土周围土壤的温度场分布图.