污水源热泵干渠取水降温后的可恢复特性

在调查并比较了热泵取水降温前后的渠温状态之后,基于渠温模型与调查结果预测了大、小温降的可恢复程度.由此定义并推导了可恢复性的准则关联参数φ与判定准则β,以及最小渠程与最大温降的关联式.结果表明:干渠条件特征值β由干渠、污水及土壤的结构与热物性参数描述,是所有问题的关键.不论大、小温降的渠温,均与原渠温一样向土壤地温接近,在一定的渠程范围内具有可恢复性.可恢复性由判定准则β、温降Δt及渠程z决定,与土壤地温无关.可恢复性准则式可用于指导工程上的渠水降温及对污水取热后的水处理工作的影响,在应用方面具有很大的意义.     

直埋供热管道弯头的壳体应力分析

依据弯头实际工程物理模型,将直埋管道弯头作为环壳的一部分,在相应曲线坐标系中对其进行了受力分析(包括内压、埋土压力、热胀力、土壤与管道之间的摩擦力、土体对管道的压缩反力等).应用弹性薄壳理论,建立平衡方程,并采用半逆解法,参考李维解和纳维叶解,在理论上首次得出直埋供热管道弯头部分的位移解析解,依据该解析解易得出精确的应力解答.     

管群间歇散热的土壤温度响应与恢复特性

为了分析地下水渗流作用下地埋管群的传热性能,基于移动有限长线热源模型解析解,结合叠加原理给出地埋管群在土壤中散热所引起的动态温度响应的解析解.对一个3×3顺排管群在土壤中的传热过程进行三维动态数值仿真,验证解析解的正确性.基于解析解研究地下水渗流作用下管群换热器连续和间歇散热所引起的土壤温度响应特征.结果表明:当间歇运行时,可缓解管群间的热干扰,使得土壤温升显著减小,即土壤温度得到一定程度的恢复.针对地埋管间歇散热的情况,探讨渗流速度和土壤热物性对土壤温度响应和恢复特性的影响规律.结果表明:渗流速度越大,土壤温度恢复的幅度越大,且土壤物性对土壤温度响应和恢复特性的影响也很明显.地埋换热管群所引起的土壤温度响应和恢复特性受地质状况和地下水渗流速度的综合作用影响.     

考虑土壤分层的地源热泵圆柱面热源模型

为研究土壤分层特性对埋地换热器传热的影响,将不同土层的埋管换热器简化为分层圆柱面热源,同时根据叠加原理,构建考虑土壤分层的埋管换热器解析传热模型,并用Ansys有限元模型验证传热模型的合理性.分层传热模型与均质传热模型的计算结果对比表明：采用土壤分层传热模型计算得到的钻孔壁温升具有明显的分层特性,分层土壤导热系数和热扩散系数相对均质参数越大,计算得到的钻孔壁温升越小;采用分层传热模型计算得到的土壤稳态温升与均质模型计算结果存在较大差别;在考虑土壤分层时,地下埋管中循环液的出口温度与均质模型计算结果存在差异.     

基于地道风空气源热泵间歇散热

对基于地道风空气源热泵应用的可行性进行分析,建立了地道传热温度场的数学模型和计算的内、外边界条件,进而对数学模型进行简化处理,并采用拉普拉斯数学方法计算求解,得到空气经地下风道传热的计算公式。随后建立地道传热环境的物理模型和边界条件,并采用数值计算软件FLUENT对物理模型进行数值模拟计算,将动态传热边界条件加入求解,然后将计算所得结果与实验实际测量取得的数据进行对比分析,得出基于地道风的空气源热泵冷热源间歇散热传热的特点,以及应用地下风道传热时要注意的关键问题。这对于地道风降温技术以及基于地道风的空气源热泵系统的传热研究有一定应用价值。     

明渠流动S-K模型在具有垂直壁面的复式断面下的数值模拟

在具有垂直壁面的复式断面S-K模型数值计算中一般都是采用斜坡近似法,但该方法在滩槽交界面处的流速计算值与S-K模型解析解差别较大,为解决该问题,提出了结合解析解求解时拟定的边界条件的耦合迭代方法,该方法大大改善了斜坡近似法的不足,其数值模拟结果与S-K模型解析结果吻合良好,能够更为精确地计算棱柱体河槽深度平均流速分布和壁面切应力分布,可有效解决直立壁面边界速度突变的问题,对数值计算中类似问题的解决具有参考价值,也为S-K模型在实际工程中的广泛应用提供新的途径.     

基于有限元法的直埋式气体绝缘输电线路温升数值计算与分析

为研究直埋式气体绝缘输电线路(GIL)的温升特性,建立了基于多场耦合的三维有限元模型.采用了伽辽金法对模型进行有限元离散,计算了直埋式GIL的导体焦耳热损耗和外壳涡流损耗,并用1段电阻率可变的导体模拟触头部位的接触电阻.通过单元映射的方式,将直埋式GIL的各部分损耗作为体积热源耦合到流体场-温度场进行计算.考虑了SF6气体的温度变化特性,针对土壤的实际传热导热过程,对土壤层6个边界分别施加了恒温边界条件、对流换热边界条件和热流密度边界条件.通过该模型分析了负荷电流与直埋式GIL温度场分布的关系,研究了4种不同土壤对直埋式GIL温升的影响,分析了不同埋深情况下的直埋式GIL温度分布情况,模拟了触头接触劣化过程中直埋式GIL导体与外壳温升变化过程,研究结果为直埋式GIL温升的在线监测或带电检测提供了理论依据.     

垂直埋管地源热泵的圆柱面传热模型及简化计算

讨论了垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型,采用拉普拉斯变换法,给出了一维圆柱面模型的解析解。将该解析解与目前常用的线源模型解做了比较,指明当傅里叶数较大时,线热源的解趋向于圆柱孔的解,可以较好的模拟地下传热过程,而在傅里叶数较小时,线源模型解相比于圆柱模型解,有一定的时间延迟,误差较大;与常热流半无限大平壁解的比较,得到了小傅里叶数时该解析解的近似公式,该近似公式适用于工程应用,算法简单可靠。     

用直接法求简支输送管道的极限流速

根据变分原理导出了输送管道自由振动的积分-变分方程,这是一个流-固耦合问题,不可能得到它的解析解,只能求近似解或数值解.目前广泛应用的数值算法是有限元法、传递矩阵法、摄动法.本文采用Galerkin直接解法,首先选取满足自然边界条件的试函数,而后求出了系统固有频率的近似解析公式,同时也得到了极限流速的近似解析公式.算例结果表明,采用该方法不仅得到了问题的近似解析解,而且具有相当高的精度,这是其它数值算法难以做到的.因此可以说,Galerkin直接法为解决这类流-固耦合复杂问题提供了一种强有力的分析手段.     

垂直埋管地源热泵的圆柱面传热模型及简化计算

讨论了垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型,采用拉普拉斯变换法,给出了一维圆柱面模型的解析解。将该解析解与目前常用的线源模型解做了比较,指明当傅里叶数较大时,线热源的解趋向于圆柱孔的解,可以较好的模拟地下传热过程,而在傅里叶数较小时,线源模型解相比于圆柱模型解,有一定的时间延迟,误差较小;与常热流半无限大平壁解的比较,得到了小傅里叶数时该解析解的近似公式,该近似公式适用于工程应用,算法简单可靠。     

Research of Temperature Tracer Method to Detect Tubular Leakage Passage in Earth-Dam

The location, intensity and scope of concentrated leakage must be determined in order to repair earth-Dam scoured by the leakage. In this paper, firstly, heat tracer theory and distribution laws of temperature in soil body with leakage are discussed. Then temperature tracer model is established according to stable heat conduction theory. In such model, the concentrated seepage passage is simplified into a circular pipe as a boundary condition. The location, scope and flow-velocity of the concentrated leakage are estimated via ichnography of the lowest temperature based on temperature data from detecting wells by quantitative computation and qualitative analysis. In case study, the distribution characteristic of temperature （including temperature data of water in reservoir, drainage pipes and tail pond） can be interpreted by this model. A modified model is also set up, applied for detected data at different cross-sections of the leakage passage, in which the temperature data are rectified according to distances from data locations to calculating section. Finally, the model is solved by numerical iterative method, and the possible error of this theoretical model is discussed. The permeability coefficient in leakage area is identical with that of normal soil in magnitude after anti-seepage repairing accomplished, which indicates this model is effective.     

输油管道土壤温度场的数值计算

评价埋地热油管道的热工状况,首要的问题是计算管道周围土壤的非稳态温度场,通常采用汇源法对其进行计算.汇源法把输油管在常输过程中的传热视为稳定过程,具有一定的局限性.根据埋地热油管道的传热特征,采用二维非稳定传热方程来描述输油管道的传热过程,在边界条件中充分考虑了地面温度的变化以及管径等参数的影响,建立了土壤温度场的计算模型,运用有限差分法对计算模型进行计算.在差分网格的划分中使用了混合网格法,在土壤内部的大部分区域使用矩形网格划分,在管壁附近使用极网格.这虽然是一种近似方法,但只要网格划分很小,仍可得到足够精确的解.在VC环境中编制了相应的软件,实现基础数据输入,温度场迭代和不同时间点管道周围土壤温度场中等温线绘制的功能.这一模型的建立,为后续的管道停输再启动的研究提供了科学的依据.     

温室内气温与土温相关性传热模型

温室内气温和土温是影响作物生长的重要生态因子。温室的传热过程十分复杂,建立相应的数学模型并进行求解是一个难题。在能量守恒基础上,建立了温室内气温与土温传热数学模型,并依据实际情况简化模型,提出模型的近似解。确定了进入温室内太阳净辐射量、室外气温、作物平均湿度及供热量的表达式。阶跃函数的确定,使传热模型数学封闭,解决了应用计算问题。该模型对温室的传热和能量计算具有理论指导意义和实用价值。     

管道埋深对冻土区土壤温度场的影响

管道埋深对管道周围土壤温度场及管道的热力特性有重要的影响,埋深不同,相对应的管道周围土壤的温度场也不同。对埋深不同的埋地管道周围土壤温度场进行了数值模拟,并选用水热耦合模型和传热模型进行了计算。对通过两种模型得到的计算结果进行了分析。结果表明,埋深对埋地管道周围土壤温度场有一定的影响,水分迁移和冰水相变对埋地管道的温度分布也有一定的影响;埋深不同时,水分迁移和冰水相变对土壤温度场的影响也不同,管道埋深越浅,通过两种模型计算得到的相同点处的温度相差越大。为了得到更接近于实际的计算结果,应该考虑水分迁移和冰水相变,计算时应考虑水热耦合问题。     

高寒地区煤矿储运筒仓不敷设保温层的应用研究

本文对高寒地区煤矿冬季储运筒仓内原煤的实际传热过程进行了分析,提出了简化的物理模型,得出了描述筒仓内原煤温度场解析式,经计算得出在不同时间内各种原煤的导热系数K值下的温度分布和立壁表层原煤的冻结厚度,并与试验筒仓的实际观测结果对比,表明理论解析与观测结果基本一致.本文还给出了计算储仓原煤温度场的简化公式,提供工程设计中实际应用.     

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。     

气体绝缘开关设备母线传热模型的建模与分析

利用有限元方法耦合计算涡流场、流体场及温度场,实现气体绝缘开关设备母线温度预测.根据传热学及流体动力学理论建立母线各组分辐射换热方程及对流换热微分控制方程,给出了模型边界条件,计算出母线的温度场分布.根据计算结果,确定了母线外壳及导体表面的分布对流换热系数,分析了母线对流与辐射换热百分比.与工程算法的对比表明,该方法能够准确预测气体绝缘母线导体及外壳温度,对于正确了解气体绝缘开关设备母线的温度分布状况具有一定意义.     

机载雷达舱瞬态温度场的数值模拟

针对机载雷达舱瞬态温度场的分析与计算问题,引入壁面热流函数,简化了雷达舱外复杂的热边界条件,针对雷达舱内电子设备热物性参数的不确定性,提出了一种简化的工程计算方法.分析了雷达舱内辐射-导热-对流耦合换热作用,建立了雷达舱动态热平衡方程,在结合雷达舱环控系统的基础上,采用蒙特卡罗法求解舱内设备之间的辐射换热,采用热网络法求解雷达舱内的耦合换热,获得了雷达舱内的瞬态温度场,分析了不同初始状态及飞行工况对雷达舱瞬态温度场的影响,为机载雷达舱设计及相关研究提供了重要依据.