地下水渗流对地埋管换热影响的分析

基于对单井地埋管换热器的数值模拟,本文分析了地下水渗流对地埋管周围土壤温度场及传热热阻的影响.     

地下水渗流对地埋管换热器传热效率的影响

基于垂直单U型地埋管换热器的实际形状,建立了三维非稳态地下水渗流传热模型,分析了夏季工况下地下水渗流速度、渗流温度、地埋管进水温度以及管内流速对地埋管换热效率的影响。引入换热效率系数来量化地下水渗流对地埋管换热能力的影响程度。结果表明:考虑地下水的渗流可以有效的强化换热效率,对地埋管的传热影响显著;增大地下水渗流速度和减小渗流温度可加强地埋管的换热能力;选取合适的地埋管进水流速可降低系统能耗,增加换热量;根据不同的空调房间负荷,合理设计地埋管进水温度能保证热泵主机的高效运行。     

渗流条件下土壤耦合埋管换热的实验研究

地下水渗流是影响地源热泵埋管换热的重要因素。本文建立了可控渗流条件下的土壤耦合埋管换热实验台,研究了渗流速度、渗流来流温度对土壤耦合埋管传热特性的影响。研究结果表明,增大渗流速度将扩大埋管释热范围、提高土壤的吸热能力;降低渗流水温将增大埋管附近土壤的温度梯度,从而增大埋管与土壤耦合换热能力。研究结果有助于掌握地下水渗流变化对地埋管换热的影响规律,指导地埋管系统设计参数优化。     

地下水渗流条件下地埋管换热器的传热模型

提出了有限长线热源渗流传热模型,根据获得的解析解分析了地埋管换热器周围介质的温度响应。比较了有限长线热源和无限长线热源两种渗流模型,分析了地下水渗流速度及地埋管相关参数对热扩散的影响。研究表明,地下水渗流可改善地埋管换热器的换热性能,提高换热量,从而可降低系统的初投资。     

土壤源热泵地埋管换热器传热机制研究

分析了土壤源热泵地埋管换热器与土壤的传热机制,建立了导热机制与渗流传热机制下的地埋管传热模型。在导热与渗流传热机制下,模拟了制冷工况下4×4排列群井的温度分布,提出了群井布置的优化方法。     

地埋管换热器传热模型的回顾与改进

回顾了国内外关于地埋管换热器的设计计算理论、传热模型及其计算方法,发现几乎所有的模型都未考虑地下水渗流的影响。举例说明地下水流动对地埋管换热器有较大的影响,建立了考虑热传导和地下水流动共同作用的地埋管换热器的传热模型,并且对单井地埋管进行了初步分析,结果表明地下水渗流能增强盘管的换热能力。     

渗流作用下U型垂直地埋管换热器工程设计与应用

以南昌某地源热泵工程为例,阐述了地埋管管群在地下水渗流作用下的设计计算方法,利用Visual Basic.NET与Matlab语言混合编程进行地埋管换热器设计计算。结果表明地下水渗流的存在不一定能强化地埋管换热器的传热,当地下水渗流速度低、岩土孔隙率大时不利于地埋管散热,而当贝克利数数大、岩土等效导热系数高时有利于地埋管散热。     

地下水渗流对地埋管管群周围土壤温度的影响

地下水渗流能够增强地埋管与土壤之间的换热,为研究地下水渗流对土壤温度的影响,建立二维热渗耦合传热模型.通过数值模拟的方法研究了渗流速度、管群布置形式、渗流方向对地埋管周围土壤温度的影响.研究结果表明:1)地下水渗流能够使沿着渗流方向的热量拉伸和垂直于渗流方向的热量压缩,且不同渗流速度对其影响程度是不同的;2)存在渗流时...     

土壤—维渗流-传热耦合模型实验及数值模拟

搭建了一维渗流-传热的模型实验台,研究渗流速度、方向对地埋管传热特性的影响.基于多孔介质传热与地下水流动理论,通过仿真模拟软件COMSOL Multiphysics建立了简化的三维数值模型,并将计算值与实测值进行对比验证.研究表明,地下水处于较低的渗流速度时,可忽略渗流的影响,处于较高的渗流速度时,渗流对传热起增强作用...     

地下水渗流对竖直U型地埋管周围土壤温度场的影响

为了探究地下水渗流对竖直U型地埋管周围土壤温度场的影响,基于多孔介质传热传质和热渗耦合作用,建立了二维地下渗流条件下的传热模型。分析了有无渗流作用,地埋管周围土壤温度场的变化规律,在此基础上探究了地下水渗流速度、土壤热物性参数、热泵运行模式等因素对土壤温度场的影响,研究表明:地下水渗流的作用导致地埋管周围土壤温度场沿渗流方向产生了拉伸,且拉伸幅度随渗流速度的增加而增加;渗流速度越大土壤温度场稳定所需的时间越短且稳定后温度越低;在其他条件不变时,土壤导热系数越大土壤温度场拉伸的幅度愈大;热泵间歇运行模式下在渗流影响区内土壤温度呈现等幅波动,沿渗流方向随振幅径向距离增加而降低,对于渗流影响区以外土壤温度基本不受影响。     

渗流作用下地源热泵系统跨季节土壤蓄热特性

建立了热渗耦合作用下的土壤传热数学模型.针对单U形地埋管地源热泵系统,分析了在不同地下水渗流速度和土壤热物性条件下,地下水渗流对土壤温度场的影响;针对管群地埋管地源热泵系统,进行了全年跨季节土壤蓄热、取热运行工况模拟,得到一个周期内不同工况结束时的土壤温度场分布.     

基于渗流模型的地下管群传热简化研究

本文基于有限长线热源模型以及地热换热器土壤温度计算程序,通过MTATLAB绘制出集群土壤温度分布云图;着重研究冬夏季负荷不平衡时不同工况下的集群竖埋管土壤温度的简化计算方法;以渗流矩阵形式布置的地下管群为例,采用埋管矩阵代替原地下管群进行传热分析。通过分析比较,认为在地质条件、埋管几何参数、负荷及运行条件等相同情况下,可以通过单根埋管的传热影响半径确定集群埋管传热矩阵,从而代替原集群埋管进行传热分析。     

无渗流条件下U形地埋管换热器能效特性研究

选取无穷远边界值,利用三维数值模型对无渗流条件下地埋管换热器传热过程进行动态模拟,研究了地埋管换热器能效系数的主要影响因素.结果表明,增大岩土体导热能力和埋设深度及适当减小管内流速能够提高地埋管换热器的能效系数,而加大支管间距仅能在较短换热时间内提升地埋管的换热能效;采用间歇运行模式,特别是小周期循环和较长时间温度恢复期,有利于提高地埋管换热器的能效系数;岩土体初始温度和地埋管进口温度的变化并不影响地埋管换热器的能效系数.     

竖直单U形地埋管换热器单因素敏感性分析

基于竖直单U形地埋管换热器的热渗耦合传热模型,分析了岩土导热系数、岩土体积热容、岩土孔隙率、原始地温、地下水渗流速度、埋管深度、管内流体流量、地埋管进口水温及运行模式等因素对地埋管换热器换热性能的影响。进行了单因素回归分析,拟合得到了单位井深换热量及地埋管出口水温与各个参数的回归方程。     

热渗耦合作用下地下埋管换热器的传热分析

为确定地下水渗流对U型地下埋管换热器的影响,基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解。分析了地下水渗流对传热过程的影响,结果表明地下水流动对原温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。进一步分析了有渗流时不同土壤类型对地下埋管换热器的影响情况,在饱和状态下导热系数是主要的影响因素。     

渗流对地源热泵土壤温度场及换热量的影响

针对地源热泵长期运行时土壤热失衡导致热泵效率降低的问题,探究地下水渗流(以下简称渗流)以及热泵周期性运行对周围土壤温度场与热泵效率的影响。建立长宽均为40 m,深度为140 m的土壤区域,在土壤区域中打9个120 m深的钻孔,钻孔中心间距为5 m,且按照3×3的方阵排布,在钻孔中埋入深度为120 m的双U型地埋管。基于Feflow数值模拟软件的三维瞬态热渗耦合传热模型,通过土壤热响应实验验证,确定Feflow软件仿真模拟得出的结果准确可靠。在此基础上,分析不存在渗流、存在渗流、改变渗流速度(1×10~(-4)m/s、2. 4×10~(-6)m/s、2. 1×10~(-7)m/s)以及改变渗流层厚度(5 m、10 m、15 m)对地源热泵在供暖工况下120 d连续运行带来的影响,分析地源热泵系统按照1 a中供暖运行120 d,间歇90 d,制冷运行90 d,再间歇60 d的周期性运行模式,运行10 a后对地下土壤温度场以及地埋管单位管长换热量的影响。结果表明:存在渗流且渗流速度大于1×10-7m/s数量级时有利于地埋管周围土壤温度恢复;相对于无渗流条件,渗流层位于38～42 m且渗流速度为2. 4×10~(-6)m/s时,供暖工况下连续运行120 d后的地埋管单位管长换热量提高54%;渗流速度对地埋管单位管长换热量影响明显,渗流速度越大,地埋管单位管长换热量越多;渗流速度不变时,地埋管单位管长换热量随着渗流层厚度的增加而增加,且渗流层厚度每增加5 m,在供暖工况连续运行120 d后,地埋管单位管长换热量增加2 W/m;周期性运行模式下,有渗流与无渗流条件下土壤均没有明显的冷、热量积累,但有渗流条件更利于提高地埋管单位管长换热量。文末附有有渗流与无渗流工况下土壤温度场动态展示的视频,可扫二维码观看。     

竖直U型埋管换热器换热特性研究

本文建立了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型,通过对U型埋管两支管内循环流体的能量平衡方程的分析与推导,求得了该传热问题的解析解,得到了计算U型管换热器中流体温度沿深度变化的解析式。进一步研究了回填材料、管内流量、管脚间距、管材导热系数等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并引入了钻孔换热效率来评价地下换热器的换热性能。     

地源热泵地埋管换热器传热研究(1):综述

综述了地源热泵地埋管换热器传热问题分析解、数值解的研究情况,分析了埋管之问的热干扰、管井回填材料、土壤含水量以及埋管内循环流体流量对地源热泵运行特性的影响,总结了当前研究的不足,指出了下一步研究的方向.     

地热换热器的传热分析

地热换热器是地源热泵系统的重要组成部分。本文综述了作者近年来在地热换热器传热模型方面的研究：提出了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型，考虑流体工质在深度方向上的温度分布，给出钻孔内热阻的解析表达式；求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应解析解，并指出了Eckert的教科书中相关稳态解的错误；为确定地下水渗流对竖直埋管地热换热器的影响，导得了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。以上工作改进和深化了国际上现有的地热换热器传热模型，并已应用于工程设计和模拟。     

渗流条件下地埋管换热器传热特性研究

基于有渗流工况下地埋管管群的有限长线热源模型,通过Matlab软件模拟计算了深度为50 m平面处的地下温度场,根据地下温度场的温度分布,分析了布管方式,运行年限,孔隙率对地埋管管群传热效果的影响。研究表明:在物性参数,地埋管布管区域及地埋管总数不变的情况下,将地埋管等间距布置在布管区域内最有利于地源热泵系统的运行。地埋管布管区域冷热量累积效应在初始阶段较为明显,随着运行年限的增加,冷热量累积将在某一时刻达到动态平衡,此后将不随时间的增加而继续累积。对于冬夏季冷热负荷不平衡地区,孔隙率越大的区域越有利于地源热泵系统的运行。