综合管廊地埋管换热系统传热特性的数值模拟

提出综合管廊地埋管换热系统,将地埋管与综合管廊的混凝土结构相结合,通过管内流体吸收管廊围岩的热量用于建筑供热或供冷,不仅省去传统地源热泵的钻孔费用,且系统运行更加稳定.为研究地埋管的换热情况和地埋管运行对综合管廊内空气温度的影响情况,建立管内流体、管廊内空气及混凝土结构和土壤的耦合传热数理模型.同时,分别选取中国5个气...     

利用地下水填充钻孔的埋管换热器性能分析

地下水填充的井下换热器（GFBHE）是一种不需要灌浆,利用地下水填充钻孔进行换热的地热换热器。针对GFBHE建立了瞬态三维数值模型进行模拟,并与利用普通灌浆材料进行回填的埋管换热器进行对比。数值模型通过将孔隙型岩层等效为饱和多孔介质的方法将钻孔外部的自然对流现象考虑在内。研究了包括渗透系数、地温、钻孔孔径在内的关键因素对GFBHE性能的影响。结果表明,当含水层渗透系数大于1×10^-4 m/s时,GFBHE性能明显优于利用灌浆填充钻孔的地热换热器,在富水区域利用GFBHE取代后者是可行的。GFBHE的换热性能随着钻孔孔径、含水层渗透性的增大以及地温的升高而提升。     

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。     

地源热泵垂直埋管换热器换热效率下降因素分析

地源热泵系统的成功应用,取决于土壤的换热性能.土壤的换热性能影响地埋管出水温度,温度升高会影响热泵机组的运行效率.地源热泵使用寿命主要取决于埋管周围土壤的换热性能是否衰减.本文运用ANSYS软件,通过稳态换热模型模拟了恒热流情况下管井周围的温度场,分析了管井热阻影响因素,以及土壤含水率对土壤换热系数的影响.     

基于LBM-MFLS耦合模型的含水层渗流-传热过程模拟

基于有限长移动线热源(MFLS)传热模型,根据时空叠加原理推导出含水层非稳态过余温度解析解Δ_TMFLS;在格子单松弛模型(LBGK)的演化方程中引入离散力源项,建立格子Boltzmann法(LBM)与Δ_TMFLS的耦合计算模型。通过热响应实验,验证耦合计算模型与求解方法的正确性。研究表明,在不同计算工况下含水层各区域的渗流速度均具有启动—下降—回升—稳定的4个连续阶段。随着含水层孔隙率的降低,虚拟流体粒子动能损失增大,渗流速度降幅增大,回升过程缓慢。然而随着进水流速的提高,孔隙率的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度减弱;含水层热量运移过程的方向性显著增强。     

分层岩土中地埋管换热器传热解析模型与分析

为准确预测地埋管换热器在分层岩土中的传热特征,采用分离变量法和格林函数法,基于单个圆环热源基本传热单元问题的解答,建立考虑岩土结构分层和横观各项同性特征的地埋管传热解析模型。该模型适用于工程中常见的垂直钻孔和桩基埋管换热器分层传热问题,具有较好的普适性。以2层岩土为例,利用模型解答对分层岩土中地埋管的传热特征以及分层参数对其影响规律进行研究。结果表明：均匀介质假设计算误差随作用时间的增加而逐渐增大,在靠近热源处误差更加明显,预测地埋管长时间温度响应时,应采用分层传热模型;在临界区域范围内,可用均质假设模型预测地埋管的传热特性,均质等效热物性参数取为对应岩土分层的热物性参数值;分层岩土导热系数对地埋管传热性能影响较大,岩土平衡温度随分层导热系数比的增大而明显降低;地埋管长度和直径的比值对地埋管传热性能有所影响,岩土平衡温度随长径比的增大而升高,且其影响程度随分层导热系数比的减小而增强。     

板翅式全热换热器换热效率的数值计算

将板翅式全热换热器的传热传质模型简化为两种流体均不发生横向混合的交叉流型．利用热质传递类比律和数值计算方法,计算并绘制显热和潜热的ε-NTU线算图。通过将线算图与实验结果进行比较可知,线算图具有较高的精度,能够满足工程要求。根据数值计算和实验结果,面风速对潜热效率比显热效率的影响更为明显。     

考虑能源地下车站负荷特征的地埋管换热量计算

为提高地下地铁车站的负荷计算精度,解决能源地下车站的地埋管换热量设计问题,以大连地铁4号线地下地铁车站为研究对象,采用3种负荷计算（DeST模拟、规范算法、逐时算法）方法计算地下车站全年负荷,并分析讨论地下车站设备管理用房区的全年负荷特征,进一步确定能源地下车站地埋管换热量。结果表明：地铁车站能源需求具有明显的逐时波动性和环境参数相关性,通过逐时负荷计算方法获得的全年总负荷较规范算法和DeST模拟结果的精确度可提高约1倍;不同功能用房负荷差异较大,办公用房的供热需求大于制冷需求,设备用房和变电所用房全年无需供热,且变电所用房的冷负荷远大于设备用房;逐时算法得到的换热量可准确反映全年换热需求,其地埋管换热量的不均衡率高达7.14。     

基于热平衡原理的地埋管地源热泵系统开发利用潜力评价

以淮河生态经济带（江苏段）地埋管地源热泵系统开发利用潜力为研究对象,通过数值模拟的方法,模拟预测地埋管地源热泵系统运行期间地下温度场的变化趋势,确定2种能缓解热堆积问题的地埋管地源热泵系统开发利用方案,并以此为基础评价研究区地埋管地源热泵系统开发利用潜力。结果表明：2种方案下研究区夏季平均制冷潜力分别为7412.35、37863.31 m²/km²;冬季平均供暖潜力分别为16660.87、81316.84 m²/km²。     

逆流-叉流板式全热空气热交换器换热效率的实验研究

全热空气-空气热交换器是能量回收的有效装置。本文在双房间环境的试验平台上,对逆流-叉流板式全热交换器在冬季标准工况和非标准工况下进行了实验测试,结果表明,在冬季标准工况下,其全热效率可达70％。风量、温度差、湿度差均对换热效率有影响,换热效率随风量增加而降低,随温度差和湿度差的增大而增大。根据试验结果,整理得到了换热效率的经验计算公式。     

LDV散热器传热特性的分析研究

散热器是发动机是重要部件总成。本文对上海汽车商用车技术中心LDV车用散热器的传热性能进行风洞试验,由实测试验数据,将管外横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离出来,整理成无量纲准则式,为散热器的优化设计提供参考依据。另外,对一些未做过性能试验的散热器的设计计算也能提供帮助。     

竖直U型埋管地下换热器的传热模型

以钻孔壁为界,将所研究的传热区域划分为土壤部分和钻孔内两部分.对于钻孔外土壤部分的传热过程,采用线热源理论建立非稳态模型进行分析讨论;在钻孔内,对一维模型和二维模型进行了对比,从而得出增强地下换热器换热的措施.     

竖直U型埋管地源热泵技术的应用

通过工程实例详细介绍了U型埋管地源热泵技术的主要施工技术，施工工艺。阐述了竖直U型埋管地源热泵技术在我国发展的必要性和可行性。     

中深层地热Ｕ型井地埋管换热器的试验研究

地热能作为一种非碳基能源,具有储量丰富、清洁可再生等特点,开发利用地热能有助于碳达峰的实现。在中深层地源热泵领域,我国主要以单井同轴管为主,而相对高效的中深层地热U型井地埋管案例屈指可数。为了了解中深层地热U型井地埋管换热性能及井下换热参数变化,完成了新型的Ｕ型井地埋管换热器工程,并在此基础上进行了实验研究。首先,开展了地温测量,确定了研究区的地层温度,根据热储的物性条件选取了水平井段及对接位置;其次,分析空载循环试验工况下循环水的流量及井下温度的变化情况,研究了负载工况下供回水温度、流量、换热量、不同井段对换热的贡献率、井下温度的动态变化、U型井的恢复能力等因素。实验结果表明,中深层Ｕ型井地埋管换热器井底温度会随运行时间增长而降低,流量大且回水温度较低的情况下,换热器的换热量比较高,最高为1336.8kW;回水井对换热量的增加有限,每百米增加0.12℃,实际工程中可以考虑减小口径,降低建设费用。U型井地埋管换热器的地温恢复能力较强,停止运行24h左右井底温度与初始温度差为-13℃。研究结果有助于研究人员对中深层Ｕ型井地埋管换热器有更进一步的认识,从而推动中深层地热能的健康可持续发展。     

基于神经网络的垂直地埋管换热量预测

在研究地埋管结构和物性对换热的影响时,往往难以整体考虑所有因素,该文采用人工神经网络模型预测地埋管换热器在一系列运行工况下的换热量。通过建立三维地埋管数值模型及实验验证,获取网络需要的训练数据和测试数据。以岩土导热系数、回填土导热系数、进水流量、地下水渗流速度、进水温度和钻孔深度为输入,换热量为输出,建立一个三层基于反向传播算法的神经网络BP模型,探讨不同的训练函数和隐含层节点数对网络精度的影响。通过实验和模拟检验表明,最优网络模型换热量预测值与检验值的相对误差最大为0.11,线性拟合度为0.894,具有较好的精度。     

深井地埋管换热器配置参数模拟计算研究

针对深井地埋管换热系统运行原理,根据地埋管换热器热阻-热容优化模型,建立深井地埋管井孔内、外非稳态柱坐标传热模型。基于环渤海湾盆地埋深1 000～2 000 m热储层水文地质条件,采用双连续介质空间耦合有限元数值计算方法,分析深井地埋管典型配置参数取值对于地埋管换热性能的影响程度。研究结果表明：深井地埋管换热性能随着系统运行时间的推移出现衰减趋势,至供暖季末期(120.0 d)深井地埋管换热量下降20%左右;当深井地埋管循环水量由10增大到60 m³/h时,深井地埋管平均换热量提高150.80 kW,同时循环水泵耗功率也相应提高26.00 kW;深井地埋管埋深由1 600提高到2 400 m时,平均换热量提高113%,耗功率提高50%;当进水套管直径由168提高到299 mm时,平均换热量提高10%,耗功率降低27%。     

竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析

准三维模型为竖直埋管地热换热器的结构优化提供了较为精确的理论基础。利用准三维模型对竖直埋管地热换热器进行分析与研究得出，不同的行程布置对双U型埋管地热换热器的传热性能有较大影响。就钻孔内热阻的对比，双U型埋管比单U型埋管钻孔内的热阻低，因而双U型埋管地热换热器较单U型埋管地热换热器更为合理。     

内旋流流化床换热埋管的传热特性

实验研究了内旋流流化床内水平埋管的对流换热系数,其特性与通常的流化床换热有很大差别。由于流动区较高速度的气流对于换热区的影响,在低于最佳流化速度的区间内,换热系数随流动区流化速度的上升而增加,曲线斜率下降,可以通过控制换热区的流化倍率来控制换热,对于维持适当的床温非常有利。在试验基础上,得出了内旋流化床埋管的换热系数关联式。     

中深层套管式地埋管换热器非采暖季蓄热模拟研究

基于建立的数值计算模型,对中深层地埋管换热器采暖季取热和非采暖季蓄热过程进行模拟,探究系统温度场变化,计算管道水温和管底岩土温度,并对不同蓄热工况下管道进口水温变化进行对比分析。计算结果表明,当管底温度低于热水回灌水温时,回灌效果较好,回灌后名义取热量增加,同时进口水温的下降趋势放缓。     

地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型

对地热换热器竖直埋管的非稳态传热模型进行了分析讨论。采用虚拟热源和格林函数法给出了半无限大介质中有限长线热源产生的非稳态温度场的解析解表达式。与稳态温度场的解进行比较,讨论了温度场达到名义上的“稳态”所需的时间,同时对于达到稳态时的温度场也进行了分析,指出了现行教科书中关于该问题的错误,提出了稳态时两个地热换热器孔壁代表性温度的定义,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式,并对两者进行了比较,进而给出了可供工程应用的简化计算公式。基于以上分析,进一步讨论了全年冷热负荷不平衡对地热换热器长期性能的影响。