同轴套管式深埋管换热器换热性能研究

针对青岛某地一个地埋管深度为2 605 m的地热能建筑供暖用同轴套管式深埋管换热系统,建立耦合管内外换热的全尺寸数值计算模型,并利用试验数据进行验证。在此基础上,进行一个供暖季的仿真计算,分析取热量及运行时间对该地埋管换热器换热性能的影响,并对内管失热量进行计算,得出以下结论:地埋管换热器换热能力随运行时间的增加而减弱;地埋管取热量过大会导致供暖后期地埋管进水温度过低,影响系统正常运行;该同轴套管内管的失热量较大。     

防护工程垂直U形地埋管换热性能的实验研究

为探讨防护工程垂直U形地埋管的换热性能,利用某地下工程地源热泵实验台,对比分析了两种工况进出口水和土壤温度的变化规律。结果表明:24 h连续运行时,埋管单位孔深换热量逐渐降低;间歇12 h运行时,钻孔初始时局部单位孔深换热量与连续运行时相差较大,而总时间内钻孔平均单位孔深换热量要大于连续运行。建议防护工程在应对突袭时采用连续运行模式,并将热稳定时间和该时间内的单位孔深换热量作为工程地埋管系统应突处理能力的评价指标之一,但工程长期使用时应采用间歇运行模式。该工程本次实验测得的热稳定时间为14 h,14 h内换热量为1 310.4 k J/m。     

综合管廊地埋管换热器的全年运行特性分析

建立综合管廊地埋管换热器的二维非稳态传热数理模型,并以寒冷地区的城市西安为例,通过模拟计算得到管廊内地埋管埋设的管长和管间距的最优组合,即管间距为0.75m,管长为67m。采用最优间距和管长的组合对地埋管换热器进行了全年周期的模拟计算,得出结论如下:供冷期内,地埋管的单位管长换热量变化范围为170～210W/m,采暖期内,地埋管的单位管长换热量变化范围125～170W/m;管廊混凝土结构的顶板、侧壁及底板的温度变化趋势不一致,距离地面越近则受到地表气温的影响越大;全年运行过程中,有地埋管运行时管廊内空气的出口温度与无地埋管运行时的差值最大为1.3℃,可见地埋管在管廊壁面内长期运行时对管廊内空气温度造成的影响很小,且不会对管廊内的通风系统造成影响。     

采用窗片的5 mm管换热器在湿工况下换热性能的实验研究

在湿工况下,对11个采用百叶窗翅片的5 mm管换热器进行了实验研究,并分析了翅片间距、进口空气相对湿度等因素对空气侧换热性能的影响。研究结果表明:换热量随翅片间距的增加而减小,且比7 mm管或更大管径换热器更明显;换热量受进口空气相对湿度的影响小;在翅片底部出现水桥,而在7 mm管或者更大管径换热器中不曾出现。根据实验数据开发了预测5 mm翅片管换热器换热性能的j因子关联式,误差在士20%以内。     

湿工况下冷却空气型干式蒸发器盘管的数值模拟和性能优化

本文采用分布参数法对湿工况下冷却空气型干式蒸发器盘管进行了数值模拟,在空气相对湿度从15%到85%的变化范围内分析了反映蒸发器盘管性能的各种参数的变化规律.研究表明,空气相对湿度对蒸发器盘管的换热性能影响很大.当空气相对湿度高于68.1%时,蒸发器潜热吸热量将大于显热吸热量,送风温度升高.本文提出了优化蒸发器盘管换热性能的一些措施,在压降的约束条件下,改变制冷剂流量以达到盘管换热性能最忧.     

地源热泵地埋管换热器换热性能研究北大核心CSCD

地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能具有重要影响,基于传热理论分析及CFD模拟,能够快速精确地分析地埋管换热器的换热性能,提高地源热泵系统方案设计的准确性。本文建立了地埋管换热器的有限长线热源模型,分析了单个地埋管换热器的温度变化情况及单位长度换热量;通过CFD模拟分析了四个单U型地埋管换热器组合的传热特性,得到换热器及土壤的温度场分布,并研究了土壤的温度恢复特性。     

跨季节土壤蓄冷-土壤源热泵系统长期运行特性实验研究

为解决土壤源热泵在长期运行条件下土壤热失衡导致的运行效率下降问题,针对夏热冬冷地区的特点,提出一种利用室外风机盘管将冬季或过渡季室外空气中的冷量存储于土壤中的跨季节蓄冷-土壤源热泵系统。利用地埋管换热系统的相似模型实验台,进行了系统运行3年的供冷、供暖、蓄冷工况实验,综合分析了埋管进出口水温、气温、土壤温度、土壤及埋管换热量、单位埋深换热量等参数,研究系统的长期运行特性。研究显示:3年的土壤平均温度分别上升0.14℃、0.22℃、0.20℃,总体来说升高幅度较小;蓄冷时的室外气温越低、土壤与室外空气的温差越大,蓄冷效果越好;埋管进出口平均温差、土壤平均温度变化、土壤换热量、埋管换热量、单位埋深换热量的大小关系一致。研究结果表明,跨季节蓄冷维持了土壤的长期热平衡,系统的长期运行效果较好。     

埋管换热器的实验研究与数值模拟

以自制埋管换热器换热实验台为原型建立模型,用Fluent软件进行数值模拟,模拟进水40℃、45℃、50℃三种工况下连续运行8小时后,埋管换热器周围土壤的温度分布,并用埋管换热器换热实验台做相同工况下的换热实验,取埋深4m、埋深3m、埋深2m处共计12个测温点进行比对,验证数值模拟结果的正确性,并指导数值模拟模型的修正,最后利用数值模拟计算结果分析埋管换热器周围土壤的温度场特性。     

地下水流动对地埋管换热器的影响研究

基于单U竖直地埋管换热器的热渗耦合传热模型模拟分析了夏季工况下地下水流动对地埋管换热器的影响,发现有渗流土壤中随着地下水流速的增加,地埋管换热器单位井深换热量升高,出口水温降低,并且地埋管区域换热达到稳定的时间会缩短,而且使换热器换热达到稳定时能够保持较高的换热量和较低的出口水温。     

基于岩土轴向分层垂直地埋管换热模型分析

当埋管周围岩土轴向分层热物性相差较大时,传统均匀介质模型忽略了岩土分层、热物性变化和地下水流动的综合影响,往往会带来偏差。本文通过对南京某一地埋管换热器现场实验,分析了岩土分层和地下水流动特性,建立了地埋管换热器岩土轴向分层数值模型,并进行验证分析。对比分析轴向数值模型与传统的有限长纯导热模型(FLS)和渗流有限长线热源模型MFLS均匀介质模型,结果表明:连续加热60 d后轴向分层模型的埋管出水温度比FLS模型低约0. 5℃,比MFLS模型高0. 3℃,且轴向分层模型不同深处温度响应差别较大。并对不同距离不同加热时间下,埋管轴向温度的分布特性进行了研究探讨。     

基于换热成本的U形地下换热器经济性评估研究

分析地下换热器的埋管方式、钻孔深度、U形管内流体流量及设计进水温度对地下换热器的初投资和热泵运行费用的影响,提出地下换热器单位换热量的换热成本指数的概念,并推导其具体的计算式。利用地下换热器的换热成本指数可以评估不同设计方案的经济性。最后通过计算换热成本指数评估不同设计方案的经济性。     

土壤温度场对垂直单U形埋管换热性能的影响分析

针对广州地下50m以内土壤温度场,研究广州地区土壤温度的分布特性和变化规律,建立垂直单U形地埋管地下换热区域温度场的三维稳态和瞬态传热模型,模拟冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析不同土壤初始温度对地埋管换热器埋管深度的影响。最后,计算某一别墅工程动态负荷,选用GLHEPRO3．0进行为期30年的系统运行模拟,分析地下埋管区域土壤热平衡对埋管换热性能的影响,从而为广州地区推广使用土壤源热泵系统的长期高效运行提供理论参考。     

水平埋管换热器换热性能数值模拟研究

为进一步推广水平埋管式地源热泵系统的运用,以土壤毛管水理论为基础,结合数值仿真试验探讨了水平埋管换热器在不同地下水位深度、不同土壤类型、不同水平管换热器构造下的换热性能,通过对输出参数埋管出口水温、水平管延米换热量以及土壤温度场分布情况的分析,揭示了相关参数对水平管换热性能的影响机制.研究表明:随着地下水位线埋深变浅,...     

地下水渗流对地埋管换热器换热的影响研究

为确定土壤源热泵中垂直单U型埋管方式下渗流对地埋管运行时周边土壤的温度波动及不同渗流速度对其换热的影响,采用整体求解法利用数值模拟软件参照大连某工程项目建立了地埋管三维非稳态传热模型,通过实验结果与模拟结果的对比验证其模型可靠性。对冬季有无渗流工况下运行的地埋管换热器进行数值模拟并将模拟结果进行比较分析。得出有渗流时地埋管换热产生的冷量不易集中在埋管侧,可解决土壤冷堆积问题并提高了埋管换热器换热效率的结论。冬季单位井深换热量增加33.4%,换热效率提高32.5%,有效减少系统初投资。     

稳定运行的土壤源热泵系统管群内、外土壤温度场对比分析

基于上海某工程实例,对长时间(≥10h)稳定运行的土壤源热泵中央空调系统单U型地埋管换热器外壁土壤温度场、管群内土壤温度场、管群外土壤温度场变化进行全年测试,并对三种测试数据做了对比分析。测试结果表明:管群外浅层土壤(深度≤25m)温度一年四季变化波动比较大,且地下浅层土壤温度出现最高月份相比于地上环境出现最高温度的月份存在一定的延迟性;管群内的土壤温度会随着系统的长时间稳定运行呈现升高趋势,使地埋管换热器表面与周围土壤之间换热温差减小,导致换热效率下降。通过数据对比分析发现,对于冷负荷明显大于热负荷的建筑采用土壤源热泵系统,若长时间连续稳定运行对地埋管与土壤之间换热造成的影响夏季明显高于冬季。研究结果表明,适当增加钻孔间距、对地源热泵系统采取间歇性运行的模式对加强地埋管换热器与土壤之间的换热至关重要。     

地源热泵桩基埋管换热性能的数值研究

采用Fluent软件对地源热泵桩基埋管换热性能进行了数值研究,讨论了桩基深度和流速对传热的影响:埋深从20m增加到40m,桩基单U型埋管的单位埋深换热量减小约21%;随着设计流速增大,单U型埋管的单位埋深换热量增加,且随流速的增加,换热量增加速度减慢。上述结果可为垂直桩基地埋管的选型及设计提供一定的理论依据。     

基于全年热平衡的混合式地源热泵运行特性的实验研究

通过实验分析得出混合式地源热泵在工程应用中的意义。指出合理的混合式地源热泵冷却塔与地埋管的连接方式,在综合考虑地源热泵地埋管全年吸热排热平衡与地源热泵系统效率的基础上得出混合式地源热泵的合理控制方式和控制参数。指出地埋管单位井深换热量无明确的意义,提出地埋管单位井、地埋管内换热介质与土壤原始温度单位温差换热量的意义,并在本实验中给出地源热泵机组制冷效率与地埋管出口水温的关系。     

土壤源热泵水平螺旋地埋管换热器换热性能研究

通过建立水平螺旋地埋管与回填材料以及土壤的三维换热数学模型,对水平螺旋地埋管换热器的换热性能进行研究。对影响水平螺旋地埋管与土壤之间换热性能的因素进行分析,包括水的流速、进口水温、螺旋环径、相邻环中心间距、回填材料等。研究结果表明这些影响因素对换热性能（单位管长换热量和单位土壤长度换热量）有着不同程度的影响。     

地源热泵地埋管热短路问题的研究

地源热泵系统研究的重点和难点在于地埋管换热,归纳了影响地埋管换热诸多因素,认为受管内流体与土壤温差、管内流态、供回水管间距、回填材料导热系数、运行时间长短等因素影响,通过对单U地埋管换热性能的数值模拟,对比分析了保温地埋管、非保温地埋管、不同保温管长度及不同运行工况下换热情况,比较分析的结果表明,保温地埋管换热能力要高于非保温管,保温管长度要适宜,不同运行工况对地埋管进出口温差和换热量影响不同。     

基于内外场合算的垂直埋管换热器传热模型

该文建立了垂直地埋管换热器传热理论模型,该模型能考虑钻孔内比热容和地埋管内循环液体沿竖直方向的对流换热。基于该理论模型编制了相应的计算软件,分析了竖直地埋管换热器钻孔内材料参数对其换热效率的影响。计算结果表明:当钻孔内回填料的导热系数较大、U形管两臂较近时,两臂之间会发生明显的热短路现象;U形管两臂间距越大,换热效率越高;U形管管径越大,换热效率越高;回填料的比热容对地埋管的换热效率在短期内有一定影响,当地埋管地源热泵系统长期运行时,回填料比热容的影响可以忽略;钻孔内回填料的导热系数对地埋管的换热效率有较大影响,当其小于岩土层导热系数时,地埋管的换热效率会随回填料导热系数的增大而较快提高;但当其大于岩土层导热系数时,由于两臂间的热短路增强,地埋管的换热效率随回填料导热系数的增加而趋于平缓。