某地源热泵地埋管系统的简化算法

以线热源理沦为基础,结合热阻的概念,介绍地源热泵系统垂直U型埋管换热的物理模型,计算了影响系统换热效果的主要参数.将计算结果和实验测试值进行对比,误差在工程允许的范围内.根据该算法能够得出不同埋管形式下的单位井深换热量和所需的埋管间距,可作为工程设计依据.     

镀锌钢管套管式地埋管换热器换热影响因素研究

以武汉地区为例,使用TRNSYS软件中PID控制器使镀锌钢管套管式地埋管换热器系统在运行过程中进出水平均温度维持在冬季7.5℃、夏季32.5℃的设定温度,模拟研究钻孔深度、钻孔间距及内管流体流速对套管式埋管换热器换热量的影响。得到钻孔深度从80 m变化至120 m时,换热器的冬季延米平均换热量变化较小;夏季延米平均换热量呈上升趋势,最高可上升6.6%。当钻孔间距从3 m增加至6 m,冬、夏季平均延米换热量分别升高2.5%和1.6%。管内流速从0.03 m/s变化至0.7 m/s时,换热量逐渐上升并趋于平缓。将镀锌钢管套管式换热器与两种常规埋管换热器(单U-PE管和双U-PE管)对比,得到镀锌钢管套管式换热器换热效果最好,其冬季延米平均换热量分别高出常规换热器32.6%和28.5%;夏季延米平均换热量高出常规换热器29.6%和25.7%。     

单U形和双U形地埋管换热器传热模拟

以单U形和双U形地埋管换热器为研究对象,应用FLUENT软件对其传热性能进行了数值模拟。将计算结果与实验测试结果进行比较,验证了该模拟模型的准确性。结果表明,在排热工况下,单U形管换热器的单位井深换热量约为86 W/m,而双U形管换热器的单位井深换热量达到120W/m。在打井费用较高的场合,可以考虑使用双U形管。研究了进口水温、流速以及埋管深度等因素对U形管传热量的影响。     

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。     

夏热冬暖地区三种地埋管换热器冬季换热能力的实验研究

搭建了实验台,研究了单U形管、双U形管和套管换热器分别在热泵连续运行与间歇运行方式下换热量随时间的变化趋势.结果显示,双U形管换热器的单位井深换热量最大,单U形管换热器次之,套管换热器最小;间歇运行方式比连续运行方式下的换热量大.     

地埋管换热器运行工况下换热量变化特性的研究

通过对土壤热阻的理论计算和地埋管换热器的数值模拟计算,获得了地埋管换热器的温差-换热量的变化关系。理论分析与现场实测结果均表明地埋管换热器的换热量随时间的变化分为快速变化段、平缓变化段、线性变化段三个阶段,拟合出了平缓变化段和线性变化段的单位延米换热量随介质与土壤传热温差的变化公式。     

浅层地埋管热交换器换热能力分析

采用自主研发的浅层地下岩土热物性测试平台,通过模拟冬夏季取放热实际运行工况,对不同工况下地源热泵地埋管热交换器的换热能力进行了实际测试,分析了地埋管换热器与周围地下岩土之间的换热状况,确定了该地区地源热泵系统地埋管换热器冬夏季工况下的实际单位延米换热量。同时,根据测试数据推算出了该地区地下岩土的综合导热系数,体积热容等热物性参数,为该地区地源热泵系统的模拟分析以及设计施工提供了依据。     

并联双U型桩基埋管经济流速数值模拟

设定桩基埋管换热器管内流态在紊流状态下,运用数值模拟研究不同流速条件下,并联双U型桩基埋管的单位桩长埋管换热量、进出口水温差、周围土壤平均温度、桩身平均温度和进出口压降的变化规律。提出"换热压降比"并分析计算,得出经济流速区间为0.25~0.3 m/s,为桩基埋管地源热泵系统设计以及运行提供依据。     

地埋管换热器形式、管径及岩土温度对其换热性能的影响

建立了单U形与双U形地埋管换热器的三维数学模型。对外径25mm与32mm的单U形与双U形地埋管换热器换热性能的模拟研究表明,相同管径双U形地埋管换热器比单U形地埋管换热器换热量提高20%左右,但外径25mm的单U形地埋管换热器可以获得更大的进出口温差;对于双U形地埋管换热器,外径32mm与25mm相比,换热性能无明显优势;工程应用中,在地埋管用地面积充足时,建议选用外径25mm的单U形地埋管换热器,否则应选用外径25mm的双U形地埋管换热器;岩土温度每升高1℃,出口水温升高0.23℃,换热量下降5%左右。     

地源热泵系统热短路分析

主要进行地源热泵系统的热短路实验研究,对河北工程大学120m埋深地源热泵U型埋管实验室进行冬季性能测试,进行多流量工况的测试,流量分别为4t／h、3．5t／h、3t／h各运行5d,地下埋管单位井深换热量也会随着流量的减小而减少;埋管中的流量变化和埋管中的换热量的大小对热短路都有影响。通过热短路分析,提出了改进措施。     

并联双U型桩基埋管换热器换热性能研究

本文建立了并联双U型桩基埋管换热器传热问题的三维数学模型,利用江苏某工程现场实测数据验证了所建立模型数值解的准确性。对不同循环液流速,不同桩基长度和不同运停比等工况下埋管出口水温,单位桩深换热量,桩周温度以及桩周土壤温度进行了分析,揭示了出口水温、单位桩深换热量等性能参数在不同工况下的动态变化规律以及桩身和周围土壤温度改变而产生的热堆积现象,提出了单位桩身温度变化换热量β1和单位土壤温度变化换热量β2,评价了不同工况对换热性能影响程度。结果表明,高流速可以增强换热,但高流速工况下为了产生更多的换热量而带来的代价是更高的桩身和土壤温升,不利于长期运行。长桩基长度工况和运停工况可以在有利于长期运行前提下提高埋管换热器的换热量,且运停工况对换热性能的提升更为明显。     

地源热泵地埋管换热器传热研究(4):系统耦合运行特性

采取数值计算与解析计算相结合的方法,在构建地埋管换热器与地上机组耦合模型的基础上,研究了夏季变热流边界条件下单U形地埋管换热器与地上机组耦合运行的非稳态特性。分析了连续运行工况和间歇运行工况下地源热泵机组COP、单位管长换热量、埋管进出口流体温度及钻孔壁面平均温度随运行时间的变化规律。     

热流密度对垂直地埋管群周围土壤温度的影响

地埋管群换热器的换热特性很大程度上决定了地源热泵系统的性能,其中U型埋管群周围土壤的温度特性主要受到排列形式、埋管深度、地上负荷特性以及土壤传热系数等参数的影响。通过实验来定性分析热流密度的改变对埋管群周围土壤的过余温度以及热响应时间造成的影响,为地下埋管群的设计及优化提供参考。     

土壤源热泵地下换热器的设计与影响因素分析

本文建立了土壤源热泵地下换热器的传热模型,用MATLAB软件编写了单位管长换热量的求解程序,并且分析了地下换热器中循环液设计出口温度、埋管间距、钻孔深度、土壤热物性参数等因素对单位管长换热量的影响。得出单位管长换热量随各参数的变化规律,为土壤源热泵系统的优化设计中各参数的合理选取提供参考。     

地下混凝土储热桩换热器周围温度场的模拟分析

通过对地下混凝土储热桩的储热研究,选用单U型埋管换热器,建立地下混凝土储热桩埋管换热器周围温度场模拟分析所用的物理模型和数学模型。通过模拟仿真,研究了储热桩体温度受埋管半径、埋管流量等参数变化的影响,并总结出受这些因素影响后储热桩内换热器周围混凝土温度场的变化趋势,为以后的实验研究提供了参考依据。     

水平螺旋地埋管地源热泵的研究

提出了适合工程设计计算的水平螺旋地埋管换热器的传热模型,该模型以无限大介质中的一维非稳态传热为基础,同时考虑单位面积埋管长度的影响及长期平均负荷和短期脉冲负荷的不同作用。讨论了单位面积埋管长度和土壤的热物性对水平螺旋地埋管换热器的影响。结合工程实例,计算了所需的埋管长度和埋管的占地面积,与竖直埋管系统进行了比较。     

中深层套管式地埋管换热器换热性能模拟研究

建立套管式地埋管换热器数值模型,采用FLUENT对制热工况下套管式地埋管换热器的换热性能进行模拟,研究运停比、岩土热导率、地温梯度等因素对单位钻孔深度换热量的影响.岩土热导率为2.5 W/(m·K),地温梯度为0.03℃/m条件下:不同运停比的单位钻孔深度换热量均随时间推移而下降.相同供暖期,单位钻孔深度换热量由大到小...     

地源热泵不同地源换热器的传热性能比较

本文针对地源热泵的核心技术问题,介绍了对两种典型地源换热器的散热试验研究:粉质粘土中的垂直单U管、地表水中的水平单U管。研究发现,两种换热器的传热性能差别很大。从开始试验到循环水温度稳定所需要的过渡时间上,地表水换热器比粉质粘土埋管型换热器要快得多。从传热能力来看,地表水换热器的单位管长换热量比粉质粘土垂直单U管要大。     

忽略回填料与岩土热物性差异对桩基埋管换热计算的影响

桩基埋管换热器具有桩径大、埋深浅的特点,适用于桩基埋管特点的系列导热解析解模型被不断提出,但是该类模型均忽略了回填料与岩土热物性的差异。对于桩径较大的桩基埋管而言,较大的热物性差异将引起较大的计算误差。建立了区别回填料与岩土热物性差异的导热数值解模型,对比分析忽略热物性差异对桩基埋管换热计算的影响,研究表明:导热系数差异对桩基埋管长时间运行的换热热阻计算影响甚小;容积比热差异将引起桩基埋管较大的设计容量误差;桩径越大,热物性差异引起的计算误差越显著。