土壤冻结对地埋管换热器性能的影响

建立了考虑土壤冻结的地埋管换热器非稳态传热模型,采用有限容积法离散了管内流体、管壁及土壤区域的控制微分方程,对涉及的土壤相变问题采用显热容法处理.数值计算结果表明,地埋管换热器周围土壤冻结区域较小,但土壤冻结后导热系数大幅度提高,更有利于土壤的导热;考虑土壤冻结的影响后,计算出的地埋管换热器的出水温度和取热量均有所提高;土壤含水量高有利于地埋管换热器的换热,但土壤含水量较低时,土壤冻结对地埋管换热器性能的影响较小.     

回填材料热物性对地埋管换热器换热性能影响综述

本文针对回填材料对地埋管换热器换热性能影响研究进行综述,主要包括回填材料种类及其热物性对地埋管换热器的影响,重点分析了理想回填材料应该具备的热物性,为回填材料热物性优化研究提供支持.最后分析并指出现有研究的不足,并对未来研究方向进行展望.     

地埋管换热器井群换热特性的研究

由于区域供热供冷能源站的建设,土壤源热泵系统规模的扩大,地埋管换热器井群的规模也随之扩大至上千口。现有的对于井群换热特性的研究已不适用于大规模换热器井群。本文总结分析了国内外井群传热模型、井群换热特性、井群区域土壤热平衡的研究现状,提出了对于大规模地埋管换热器换热特性研究的必要性及应研究的内容,以提高地埋管换热器的换热效率,保证地源热泵系统运行的稳定性。     

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。     

不同形式地埋管换热器换热性能数值计算分析

采用ANSYS软件对水平、竖直、桩基螺旋地埋管换热器进行建模。在定加热负荷、定入口水温两种设计工况下,对3种地埋管换热器的出口水温进行了数值计算,以评价地埋管换热器的换热性能。在设定条件下,竖直地埋管换热器的换热性能最优。     

地下水流动对埋地换热器影响的模拟研究

通过求解含水层中地下水流动的二维能量方程,分析了地下水流动对U型埋地换热器与周围土壤换热的影响,并与非含水层情况进行了比较。模拟结果表明,地下水流动显著影响埋地换热器周围的土壤温度场。与粘土层相比,埋地换热器在含水层内土壤温度变化较小,到达稳态时间较短。埋地换热器周围热作用半径,沿上游方向较小且很快达到稳态,而沿下游方向上的热作用半径基本与运行时间成正比关系。地下水流速越大,埋地换热器周围介质的平均温度越低,这有利于夏季排热工况。     

高性能地埋管换热器钻孔回填材料的实验研究

通过实验研究了基于水泥、石英砂的回填材料各组分对材料导热系数、稠度、强度及膨胀率等的影响,优选出三种具有良好特性的水泥砂浆回填材料,其导热系数可达2.18～2.34W/(m·K)。通过对一个工程实例的模拟计算得出,与传统的膨润土回填材料相比,采用这些高性能回填材料能够减少地埋管换热器埋管长度29%～36%,可显著节省地埋管换热器的初投资和降低运行能耗。     

套管式地埋管换热器换热性能实验研究

以深度为60 m的镀锌钢管套管式地埋管换热器地源热泵系统和热电阻测温系统为实验平台,对土壤温度、套管式地埋管换热器换热性能及换热器对周围土壤的热影响进行了实验研究。研究表明,南宁市地下5~60 m的土壤温度为23.2~23.7℃;Φ80和Φ65套管式地埋管换热器的合理流量分别为1 500 L/h和1 200 L/h,对应的单位井深换热量分别为107.5W/m和81.4 W/m;不同内管导热系数对套管式地埋管换热器换热性能的影响很小;内进外出流动模式换热器的换热性能优于外进内出模式;间歇运行有利于土壤温度的恢复。     

地源热泵地下垂直埋管换热器的试验研究

介绍了地源热泵的发展意义及前景, 参照国外地下埋管换热器岩土温度场的求解方法,采用线源理论及热阻网络分析方法建立了传热模型,提出了采用计算法确定大地初始温度并与实测值进行了对比。在建设的垂直埋管换热器试验装置上进行了单管、三管串联运行试验,为开发地源热泵技术提供了可供参考的数据。     

地源热泵地埋管换热影响因素的实验研究

通过搭建模型试验台对地下埋管换热器换热性能进行测试,分析了回填材料导热系数、热泵系统不同运行模式以及不同进口温度对埋管换热器换热性能的影响,并提出了一些对工程实践有用的结论。     

回填料对地埋管换热器性能的影响

采用了地埋管换热器三维非稳态耦合传热的物理数学模型,针对实际的地埋管结构和热响应测试工况进行了相应的数值模拟.将模拟计算结果与TRT热响应测试结果进行了比较,验证了所建模型的正确性.在此基础上,考察了地埋管换热器回填料导热系数及比热等物性参数对地埋管换热器性能的影响关系,为热响应测试以及工程设计提供有益的理论指导.     

复合式土壤源热泵地埋管换热器性能影响因素

以配置冷却塔的复合式土壤源热泵为研究对象,建立了地埋管换热器简化计算模型。分析了地埋管换热器管内水流量、进水温度、土壤初始温度、地埋管连接形式对其性能的影响。探讨了地埋管换热器与冷却塔的联合工作特性。     

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。     

添加隔热板对竖直U型地埋管换热器换热能力的影响

本文就如何减轻竖直U型地埋管换热器2个支管间的热短路损失、提高地源热泵系统的单位井深换热量进行了研究。在对竖直U型地埋管钻孔内准三维传热模型进行研究的基础上,运用数值模拟的方法对竖直U型地埋管换热器有、无隔热板2种情况下的换热能力进行了分析。     

冻土层中水平埋管换热器换热特性的数值分析

寒冷地区冻土层对地源热泵水平埋管换热器(GHE)的换热特性产生重要影响。根据冻土层换热特点建立了一种简化传热模型,对水平埋管周围土壤瞬态温度分布进行了模拟计算,分析了冻土层冻结和土壤含水率对GHE热损失的影响。计算结果表明,土壤冻结情况GHE的传热损失相对于非冻土情况下增大。进液管热损失随着土壤中含水量的增加先减小后增加,回液管热损失逐渐减小,GHE总热损失减小。计算结果与国家标准"地源热泵系统技术规"(GB 503662-2005)中对水平埋管的埋深规定相吻合。     

地埋管换热器周围土壤冻结温度场的模拟研究

考虑了未冻水质量分数对冻结土壤传热特性的影响,采用控制容积法建立了地埋管换热器周围土壤冻结温度场的数学模型,分析了土壤冻结对土壤物性参数和土壤温度分布的影响,探讨了不同液态水质量分数下土壤冻结温度场的变化。随着土壤温度的降低,冻结土壤的单位体积定压热容减小,热导率增大。由于土壤冻结过程中释放出相变潜热,考虑冻结计算出的土壤温度比未考虑冻结的土壤温度高,土壤中液态水质量分数越大,土壤冻结时释放的潜热量越大,有利于土壤源热泵的运行。     

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。     

竖直U形地埋管换热器传热特性实验研究

竖直U形地埋管换热器进水温度一定的条件下,进出水温差不仅反映地埋管换热器的换热能力,还影响着地源热泵的运行效率,引入地埋管换热器能效系数反映此影响特性。实验研究了地埋管换热器进水温度、流量、地埋管埋深对地埋管换热器传热特性的影响。提高地埋管换热器的进水温度、降低流量、增大地埋管埋深可以有效增大能效系数。受地质条件与经济性等制约．地埋管换热器进水温度、埋深不能无限制增大,流量不能无限制减小,应根据实际情况进行优化分析：     

地埋管换热器周围非饱和土壤热湿迁移数值模拟

本文在极坐标下建立了地埋管换热器周围非饱和土壤的热湿迁移数学模型与纯导热数学模型,采用有限体积法对两种模型进行了数值求解。模拟结果表明,向土壤中排热会使得钻孔壁附近的含湿量降低。当土壤初始含湿量较大时,土壤中湿分迁移对土壤热物性基本上没有影响,纯导热模型与热湿迁移模型模拟土壤与地埋管换热器之间的换热现象时基本一致;当土壤初始含湿量较小时,热作用对钻孔壁附近的湿迁移影响较为显著,土壤热物性会随之发生变化,此时纯导热模型与热湿迁移模型计算差值较大。     

地埋管壁厚对地源热泵运行的影响

对上海地区地源热泵单U型地埋管换热器的运行进行实验研究,建立地埋管传热模型,且对实验数据进行理论计算并验证,以探究地埋管的壁厚对地源热泵运行效果的影响。研究结果表明:在上海地区,常用的40 mm聚乙烯(PE80)地埋管壁厚每增加0.5 mm,埋管内进出口平均水温上升约0.18℃,地源热泵机组的COP下降约0.5%。这将为上海地区地埋管换热器的设计提供一定的参考作用。