基于TRNSYS的岩土热响应测试及影响因素分析

针对实际工程中影响热响应测试的诸多因素,建立了基于地埋管储热模型的瞬时模型,模拟分析了加热功率、钻孔直径、水箱容积及回填材料对岩土热物性参数测试结果的影响。通过对同一口测试井两次不同功率、测试时长的实测,验证了该模型的准确性。研究结果表明:在设定不同的加热功率下,岩土导热系数和钻孔内传热热阻的测试结果分别相差4.94%和0.32%,而每延米换热量测试结果相差24.99%,同时验证了50 h为热响应测试的最小时长;热响应测试仪的水箱容积对导热系数的影响较小,仅影响了加热流体达到稳定状态的时间;当钻孔直径为110,130,150 mm时,随着回填材料导热系数的增大,岩土导热系数的变化率逐渐减小,整体增幅均在0.09 W/(m·K)内,表明回填材料对热响应测试影响较小。     

钢渣粉煤灰泡沫混凝土性质研究

实验研究钢渣粉煤灰泡沫混凝土的热工性质,并对结果进行了分析。针对导热系数的几种模型,用试验数据进行验证,并与其他研究进行对比,结果表明,通用模型能较好地预测泡沫混凝土的导热系数,Maxwell-Eucken模型可以作为预测泡沫混凝土导热系数的界限公式,确定上下限。同种密度泡沫混凝土,随着钢渣含量的增加,导热系数增大,比热容减小,温度传导性增大;泡沫混凝土孔隙率与密度呈线性关系。     

武汉地区三级阶地粘性土热物理性质试验研究

研究粘性土热物理性质与温度、密度、含水量及孔隙比等参数间的关系。在武汉地铁详勘阶段,采取三级阶地粘性土原状土样26组,在不同室温下进行热物理性质试验,同时测试土样的含水量及密度。结果表明:测试温度对原状土样导热系数及比热容的影响较小;粘性土导热系数随原状土样密度的增加而增加,随孔隙比的增加而降低;比热容随原状土样含水量的增加而增加。并给出便于工程使用的导热系数及比热容计算公式。     

轻质相变储热墙体材料研究

采用溶胶-凝胶方法制备了以SiO2作为载体的脂肪酸复合有机相变材料,再将它和聚苯乙烯泡沫板复合制成轻质相变储热墙体材料,该材料可克服普通轻质墙体材料储热能力差的缺陷.用轻质相变储热墙体材料作围护结构,建造了试验建筑模型,并进行了隔热控温试验研究.试验结果表明:轻质相变储热墙体材料能有效利用环境温差储放热,其储热控温作用效果明显.     

常功率平面热源法测定建筑材料蓄热系数的研究

对常功率平面热源法测定建筑材料的蓄热系数进行数学建模,根据半无限大一维非稳态传热模型得出建筑材料蓄热系数随测试时间变化的数学表达式,并对热脉冲法测定材料蓄热系数的装置进行简化,得到适用于测试建筑材料蓄热系数的简单装置,并以聚苯乙烯泡沫塑料板、岩棉板、蒸压加气混凝土砌块为样品进行实验研究。研究表明,热流密度与测试时间一定时,试件的过余温度与试件的导热系数成反比。导热系数较小的样品,蓄热系数随测试时间先减小而后趋于稳定,导热系数较大的样品,蓄热系数随测试时间先减小而后逐渐增大。导热系数较小的样品,其蓄热系数基本不随热流密度的变化而变化,而导热系数较大的样品,其蓄热系数随热流密度的增大而增大。     

不同含水率下生土导热系数测试及对建筑能耗的影响

为研究不同含水率对生土材料热工性能及对生土建筑能耗的影响,分别从陕西西安、新疆吐鲁番、西藏拉萨采集当地土样并加工成同一密度级的土坯试件,测试了从绝干到湿饱和状态下各种生土导热系数的变化规律。采用建筑能耗动态模拟结合敏感性分析,研究了上述3种土样在不同含水率下导热系数变化对建筑能耗的影响规律。结果表明,含水率与生土导热系数成线性相关;含水率对生土建筑耗热量的影响具有显著的地域性差异;新疆生土在墙体湿度增大情况下建筑能耗增加幅度最小。     

常功率平面热源法测定保温材料热物理性能的研究

对常功率平面热源法测量保温材料的热物理性能进行数学建模,根据半无限大一维非稳态传热模型分别给出保温材料导温系数、导热系数、比热容、蓄热系数随测试时间变化的数学表达式,并以聚苯乙烯泡沫塑料板为样品进行实验研究。研究表明,导热系数、蓄热系数、比热容在实验初始阶段均迅速下降,而后逐渐上升,蓄热系数和比热容开始出现上升的时间迟于导热系数,导温系数随测试时间基本呈线性变化。相比稳态法,常功率平面热源法具有装置简单、操作方便、测试周期较短的特点。     

不同因素对地铁隧道围岩侧土壤温度场分布影响的模拟研究

以地铁隧道围岩土壤温度场分布为研究对象,上海某地铁站隧道内空气温度全年实测值为边界条件,利用CHAMPS-BES热湿耦合传递软件模拟地铁从新建到投入运营多年以后,不同因素(如土壤比热容、导热系数、密度及容积含水率等)对土壤温度场分布、温度场峰值、温度场厚度的影响。结果表明土壤热物性参数的变化对土壤温度场分布的影响明显;而且在确定的土壤热物性参数情况下,随着地铁运行年限的增长,土壤温度场峰值增大,温度场厚度增加。     

太阳能土壤储热材料研究现状分析

本文通过分析太阳能供热储存的方式和研究现状,得出用土壤储热材料把太阳能量存储起来,是当前较为适用的太阳能储热方式,可以更高效地利用太阳能,前景广阔。分析土壤储热体的特性,通过增大密度、减小孔隙率和提高含水率来提高土壤导热系数,改善换热能力,同时要考虑不同地区和不同土体的热物理性质的差异。针对地埋管换热系统的研究现状分析,结合竖直埋管和水平埋管的优缺点,指出水平埋管形式的研究投入不足,今后需要更多的研究。     

泡沫掺量对镁基膨胀珍珠岩泡沫混凝土性能的影响

以硫氧镁水泥为胶结料,粉煤灰为改性填充材料,小粒径膨胀珍珠岩为轻质骨料,掺入动物蛋白复合发泡剂,采用物理发泡混合法制备镁基泡沫混凝土。研究了泡沫掺量对镁基泡沫混凝土水化热、含水率、吸水率、干密度、抗压强度、导热系数及干燥收缩性能的影响。结果表明:泡沫的掺入降低了镁基泡沫混凝土水化硬化放热峰值温度,延长了放热峰值温度的出现时间;降低了泡沫混凝土的干密度、抗压强度及导热系数,同时增大了泡沫混凝土的含水率、质量吸水率及干燥收缩率。     

单U形地埋管换热特性及热作用半径数值分析

针对影响U形地埋管换热能力及热作用半径的典型因素,采用模拟分析,得到了不同入口水温、管内流量、回填料导热系数、岩土体导热系数、体积热容条件下,埋管单位井深换热量和平均热作用半径随之变化的规律。结果表明:地埋管的换热量与入口温度、岩土体导热系数及单位体积热容呈线性变化,与入口流量和回填料导热系数呈指数形式变化,通过拟合分析出单位井深地埋管日平均换热量与五个因素的回归方程;在热物性参数中热扩散系数对地埋管的平均热作用半径影响最显著。     

考虑温度效应的界面层对混凝土热学参数影响分析

温度场是影响混凝土结构耐久性评价的重要因素之一,密度、质量热容、导热系数是混凝土材料的主要热学参数,决定于混凝土组成及细观结构。基于混凝土二维三相细观几何模型,考虑各相材料热学参数温度依赖性,得到了混凝土宏观热学参数并与试验结果比较。在验证该数值方法有效性的基础上,开展了升温过程中界面层厚度、界面层材料属性对混凝土热学参数的影响规律及影响程度分析。研究表明:随着温度升高,混凝土密度、导热系数逐渐降低,混凝土质量热容逐渐升高;随着界面层厚度增加,混凝土密度、导热系数逐渐减小,混凝土质量热容略微增大;界面层厚度的变化对混凝土导热系数影响最大,密度次之,对质量热容影响不显著;随着界面层导热系数、密度、质量热容的增加,混凝土的热学参数随之增加,但增幅有差异。     

外墙保温材料导热系数的试验研究

针对常用的XPS聚苯乙烯泡沫塑料、EPS聚苯乙烯泡沫塑料,以及水泥基复合保温砂浆和建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温节能材料,试验研究材料的保温性能,得出不同保温材料密度与导热系数的关系。研究结果表明,XPS聚苯乙烯泡沫塑料、EPS聚苯乙烯泡沫塑料保温材料的表观密度和导热系数之间没有表现出特定的关系。水泥基复合保温砂浆和建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温节能材料的导热系数随着密度的增大线性增加,大孔径材料比小孔径材料导热系数要大。通过研究,可以对建筑垃圾为骨料的硅酸盐保温节能材料配方及工艺的进一步改良提供理论依据和指导。     

适用于岛礁地区的珊瑚集料砌块热工性能分析

近年来,我国正大力发展海洋岛礁地区的工程建设,但原材料运输成本高故提出一种就地取材的新型珊瑚集料空心砌块。用热线法和DSC法分别测得珊瑚集料的导热系数与比热容,并计算了砌块的热阻、传热系数及热惰性等热工参数,与普通墙体材料进行对比分析。结果表明,珊瑚集料砌体的传热系数比普通墙体材料小,保温性能好;热惰性比普通墙体材料大,热稳定性好。在相同的墙体构造中,珊瑚集料砌体墙的热工性能衰减度和延迟时间均大于普通材料砌体墙,抵抗温度变化的能力比较强。根据06J908—2《公共建筑节能构造(夏热冬冷和夏热冬暖地区)》图集,推荐了4种珊瑚集料砌块墙体用于海岛建筑,可节省运输成本,减少墙体的盐雾侵蚀,提高建筑耐久性和节能效果。     

土体热传导性能及其热导率模型研究

为研究不同土体的热传导特性变化规律,利用热探针测试了南京地区典型土体在不同含水量和干密度状态下的热阻系数,分析了含水量、干密度、饱和度以及矿物成分等因素对土体热阻系数的影响,研究了不同状态下土体热导率的预测模型,提出了适用于不同地区土体热阻系数估算的修正系数.结果表明:南京地区典型土体的热阻系数随含水量和干密度增加而减小,当含水量超过一定范围后,热阻系数趋于稳定;热阻系数与饱和度之间的关系表现出与其含水量之间相似的变化规律;土颗粒的热传导特性由其矿物成分决定,石英含量对土颗粒热传导特性有着显著影响;提出了可用于非饱和土热导率估算的修正归一化模型,该模型对于粗粒土具有较高的预测精度,细粒土则需考虑区域差别进行修正.     

广西红黏土热物理特性及影响因素试验研究

结合矿物组成分析,通过室内试验对广西4种红黏土的热物理特性从土质学角度进行了深入研究,探讨了红黏土的热特性参数与各影响因素之间的关系。研究结果表明:当土体干密度保持不变,红黏土的热导率、比热容随体积含水率的增加而线性递增;热导率变化曲线存在临界含水率点,土体含水率低于该点时,热导率呈线性急剧增加,反之,热导率增长缓慢,趋于稳定;热扩散率以临界含水率点为界,先随含水率的增大而递增,到达临界含水率后随含水率的增加而递减,整体呈抛物线的变化趋势;当土体含水率保持不变,红黏土的热导率、比热容、热扩散率均随干密度的增加而线性递增;红黏土矿物成分中的石英含量对土体的热导率具有显著影响,石英含量与热导率的增长速率呈正相关的关系。     

相变微胶囊/加气混凝土复合材料的热工性能

通过免蒸压法制备加气混凝土(AC),并在制备过程中加入以RT25石蜡为相变材料的相变微胶囊(MPCMs),得到相变微胶囊/加气混凝土复合材料(以下简称复合材料).在17、40℃下测试复合材料的导热系数和比定压热容,研究了这些参数与相变微胶囊掺量的关系,同时计算出复合材料的蓄热系数,据此评价了其蓄热性能.结果表明:随着相变微胶囊掺量的增加,复合材料的导热系数和比定压热容均呈现先增加后降低的趋势;当相变微胶囊掺量为1.0%时,复合材料具有最好的蓄热性能,较不掺相变微胶囊的对照组增强74%,蓄热系数可达3.35W/(m^2·K).     

三元锂离子电池直径和荷电状态对热失控传播影响研究

随着我国新能源汽车的不断发展,锂离子电池作为新能源电动汽车最重要的储能设备,由于其能量密度高的特点,存在着燃烧迅速、爆炸并触发相邻电池热失控传递的热安全危险,制约着更规模化的应用和推广,严重威胁着人员的生命财产安全。电池的热失控主要与其电池形状、荷电状态、连接方式等有关。而在不同荷电状态和不同直径的耦合条件下的电池热失控研究是提高锂电池安全性能的研究重点。为了探究锂离子电池热失控传播过程的主要影响机制,采用不同直径（10440型、14500型、18650型、21700型、26650型和32650型）和不同荷电状态（50%、70%、100%）的三元锂离子电池为研究对象,考察其在一维线性排列方式下的热失控传播时间及热失控空间传播速率变化特征,进而深入分析电池直径和荷电状态对热失控传播时间及热失控空间传播速率的影响机制。采用实验数据、传热学理论以及无量纲分析相结合的方法建立了阻断电池热失控传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析得到了不同荷电状态（50%、70%、100%）电池热失控传播时间与电池直径（10,14,18,21,26,32 mm）的特征关系,提出了一维排...     

基于DTS的土体分布式导热系数测试方法

土体导热系数的确定对地源热泵的优化设计起着至关重要的作用。为了获得更精细的土体导热系数,在常规热响应试验的基础上,引入分布式光纤测温系统(DTS),对换热孔的温度进行分布式测量,得到孔内竖直方向岩土初始地温分布和在热响应试验过程中换热孔温度分布及其随时间的变化情况,通过与热电阻温度传感器的对比,验证了DTS测温的准确性。在线热源传热模型的基础上,建立了以换热孔为线热源的传热模型。分别进行了双U型管和单U型管恒热流热响应测试,根据DTS监测的温度分布及其变化,得到了土体导热系数随深度的分布。与综合导热系数相比,分布式导热系数不仅精度满足要求,而且可以更精细地反映土体导热系数分布的不均匀性,对于地源热泵的优化设计和换热能力的评价具有重要的意义。     

土壤热导率测试系统研究

介绍了土壤热导率的测试方法,根据传热模型反解法设计了土壤热导率测试系统。结合工程实例,应用土壤热导率测试系统对北京某地区的土壤热导率进行了测试。测试系统采用的恒热流密度法可以获得最恶劣工况下土壤的热导率,从而确保了地源热泵的可靠性且测试误差较小,但恒热流密度法对电源的稳定性要求较高。