土壤蓄冷与释冷过程的模拟研究

综合蓄冷技术与土壤耦合热泵技术的优点，开创性地提出了以土壤作为蓄冷介质的集低温工况、空调工况和制热工况为一体的三工况型土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的新设想。并在能量平衡的基础上，建立了埋管管束内层及外层盘管蓄冷、释冷过程的数学模型。通过模拟计算，比较分析了内、外层单根盘管的蓄冷、释冷运行特性，并对单根埋管换热器蓄冷、释冷过程的传递冷量损失及垫层冷量损失进行了初步的分析。     

土壤蓄冷与耦合热泵集成系统中土壤蓄冷的模拟研究

结合土壤耦合热泵技术及冻土蓄冷技术的优点，提出一种全新的热泵空调系统形式一土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统。该系统将土壤耦合热泵系统(GCHP)的地下埋管换热器与蓄冷装置合二为一，在电力低谷期将冷量贮存到土壤中，以满足高峰电力期空调负荷的需要。在能量平衡的基础上建立了土壤蓄冷释冷过程的数学模型，并采用固相增量法模型对其进行了模拟计算，分析其应用的技术可行性，为土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的应用提供理论支持。     

渗流对地下埋管换热器传热管问距的影响

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场,分析了地下水渗流对其传热过程的影响.结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大.     

渗流对地下埋管换热器传热管间距的影响

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场,分析了地下水渗流对其传热过程的影响。结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。     

土壤源热泵U型埋管换热器传热的非稳态数值模拟

本文基于能量平衡方程,建立了土壤源热泵U型埋管换热器周围土壤的非稳态传热模型,用所建立的传热模型对土壤源热泵冬季取热过程进行了动态模拟.研究了不同物性土壤温度及U型埋管出口流体温度的变化规律,分析了土壤物性对换热器换热性能的影响,采用间歇运行方式提高了换热器换热能力.通过建立数学模型得出的结果,可供设计参考.     

冷介质通过井筒注入某地质结构的流动与传热预测软件研发

通过井筒向某地质结构内注入冷介质时,由于地温与冷介质之间存在温差,冷介质将通过井筒结构与土壤进行热量交换,最终导致冷介质冷量损失进而温度升高而达不到所需温度要求。因此,在施工前,需要对井筒进行冷量损失和沿井筒的温度分布的预测,为保冷结构设计以及井筒结构材料选型提供数据支持。由于注入冷介质的过程中,热量交换过程是一个非稳态传热过程,通常只能采用数值模拟来进行预测。为了简化数值模拟复杂的计算过程,采用准稳态的传热方法来构建单相冷介质通过井筒注入时的流动换热的物理数学模型,并开发了一个数值仿真软件。将仿真结果同商业软件FLUENT模拟结果进行了比较,表明温度分布和冷量损失基本一致,由此验证了所提模型的正确性和可靠性,为非工程热物理专业的工程技术人员提供能够预测低温工质在井筒流动与换热过程的仿真软件。     

土壤源热泵U型竖直埋管换热特性的实验研究

以土壤源热泵实验系统为平台,进行了夏季工况实验,分析了管间距为4 m时,单、双U埋管换热器的换热性能,并对不同管间距的单U地埋管进行实验研究。实验结果表明,管间距对系统的运行影响较大,得出夏热冬冷地区长期运行的土壤源热泵系统中地埋管合理的管间距,为长三角地区土壤源热泵换热器设计提供了设计参考。     

地下水流动对地下管群换热器传热的影响分析

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器的影响，该文基于热渗耦合作用下的数学模型，采用整体求解方法求得冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解，从而分析了地下水渗流对其传热过程的影响，结果表明地下水运动对原温度场的影响明显，而且越高的地下水流速影响越大。     

地下U形埋管传热及土壤温度分布研究

对地源热泵系统核心组成部分的地下U形埋管的传热性能进行了深入研究。首先建立了真实的地下U形埋管换热器的模型,然后对地下U形埋管换热器在不同工况下的运行进行了模拟计算。重点研究了U形埋管入口水温、水流速度和回填土导热系数对U形埋管传热和土壤温度分布的影响。结果表明：最佳水流速度应为0.6～0.8m/s;最佳回填土导热系数应比土壤导热系数大,且小于土壤导热系数的2倍;U形埋管组最佳管间距应保持在6m左右;增大入口水温、水流速度及回填土导热系数都会使土壤温度有所升高。     

垂直U型埋管换热器准三维热渗耦合模型及其实验验证

为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求解,探讨了土壤热物性及地下水渗流对埋管换热特性的影响。结果显示:土壤导热系数与比热容的增大均有利于加强埋管的换热,且地下水渗流的存在有利于强化地下埋管与周围土壤间的换热能力,提高土壤源热泵系统的运行效率。实验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,可为地下埋管换热器传热特性的研究提供理论基础。     

土壤蓄冷与释冷过程的模拟与试验验证

结合土壤耦合热泵技术与冰蓄冷技术的特点,并在土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统构想的基础上,建立了考虑土壤周期性冻融相变的土壤蓄冷、释冷过程的数学模型,并采用数值方法进行求解。通过建立模拟土壤蓄冷、释冷过程的砂箱试验台并由试验测试结果表明:所建模型的计算结果与试验数据吻合较好,二者偏差在10%以内。应用本文所建数学模型可对土壤蓄冷系统的蓄冷、释冷运行特性进行计算与分析,并为该集成系统的应用提供理论支持与技术储备。     

土壤蓄热特性与模拟研究

在能量平衡和导热方程基础上,建立埋地换热器周围土壤内蓄热、释热过程的准三维非稳态模型,并通过数值求解得到计算结果;针对单埋管蓄热模型,得到土壤温度随运行时间、径向距离的变化情况,针对管群跨季节蓄热、取热模型,得到一个周期内不同运行工况结束时的土壤温度场分布;通过模拟计算对不同土壤类型的蓄热特性进行研究,并比较了3种典型土壤的蓄热能力大小.     

A new integrated system with cooling storage in soil and ground-coupled heat pump

For the purpose of decreasing the peak electricity, balancing the on and off-peak electric load and utilizing the renewable geothermal energy, a new integrated system with cooling storage in soil and a ground-coupled heat pump is presented. In the integrated system, the moist soil acts as the material for cooling storage, and pipes serve as the cooling storage devices and geothermal heat exchangers simultaneously. In the cooling season, the cooling energy is stored in soil during the off-peak period and is extracted for space cooling during the on-peak period. While in other seasons, the system works as a ground-coupled heat pump for heating or cooling. A mathematical model which describes the charging and discharging processes of the integrated system has been developed and validated, and a computer code has been implemented to simulate the operational performance of cooling charging and discharging in soil. A parametric study indicates that the charging inlet temperature, tube diameter, moisture content of soil and pipe distance are important factors in determining the cyclic performance of the integrated system.     

黑龙江矿区应用储冷降温技术自然因素分析

在高纬度地区利用恒温层开拓储存冷源空间,利用所储冷源为热环境工作区输送冷能量降温是井下治理热害的新思路.黑龙江矿区在纬度上基本跨越全省地域,自然条件随纬度、地理、地质等改变而变化.依托黑龙江的地理优势,从气温变化规律分析其对地温、恒温层深度、季节性冻土深度等参数的影响;通过整理观测站数据,分析不同地区的恒温层温度、季节性冻土深度随月份的变化规律,以及季节性冻土最大深度随纬度的变化规律.从自然因素角度出发,分析了黑龙江矿区利用恒温层储冷的可行性,为恒温层储冷降温理论研究提供了参考.     

土壤蓄热与土壤源热泵集成系统的数值模拟

结合土壤源热泵技术推广中存在的问题和地下蓄能技术的优点,提出了土壤蓄热与土壤源热泵集成系统及其地下管群换热器的布置方式。并在能量平衡的基础上建立了地下管群换热器蓄热、释热和停止运行的数学模型。通过数值模拟,分析了埋管间距对蓄热与释热的运行特性的影响。     

Experimental study of heat transfer of buried finned pipe for ground source heat pump applications

Ground heat exchangers have vital importance for ground source heat pump applications. Various configurations tried to improve heat transfer in the soil. A new kind of aluminium finned pipe buried in the soil for this aim. In order to compare effectiveness of the Al finned pipe over the traditional PPRC pipe an experimental study carried out. The experimental GSHP system was installed at Y?ld?z Technical University Davupasa Campus on 800 m² surface area with no special surface cover. Temperature data were collected using thermocouples buried in soil horizontally and vertically at various distances from the pipe center and at the inlet and the outlet of the ground heat exchanger. Experimental results were compared with results from analytical study. To compare effectiveness of the Al finned pipe and PPRC pipe a new parameter defined as transferred amount of heat per unit mass of working fluid per unit time for this aim. It is found that Al finned pipe has higher heat transfer values than the traditional PPRC pipe.     

气体水合物分解热的研究进展

气体水合物作为新一代蓄冷介质,在空调蓄冷领域有良好的应用前景.其分解热是重要的热物性之一,对蓄冷系统的设计至关重要.介绍了国内外气体水合物分解热的研究进展,列出了气体水合物分解热的测量、计算方法以及影响气体水合物分解热的主要因素和影响机理,并指出气体摩尔分数和添加剂摩尔分数均会影响水合物的分解热,且气体分子直径是影响水合物分解热的主要因素.研究为水合物的开采利用、稳定性研究以及蓄冷系统的设计提供了理论基础.