竖直地埋管蓄取热特性试验与模拟

在搭建的砂箱试验台试验分析了在单一工况蓄/取热运行模式对双U地埋管动态传热特性的影响。在试验验证的基础上,建立三维动态传热数理模型,数值分析了单一工况运行模式下土壤分层和地埋管管径等因素对双U型地埋管土壤传热特性的影响,并对比分析了单/双U型地埋管传热特性。试验研究结果表明:单一蓄/取热下,连续运行时土壤温度变化幅度随径向距离的增加而减小;蓄热时,进口温度为50 ℃和60 ℃的单位井深换热量要明显比进口温度为40 ℃时高;取热时,进口温度为4.2 ℃的单位井深换热量较进口温度为6.8 ℃时高。间歇蓄热运行模式下土壤温度波动幅度随开停比的减小而增加;间歇取热运行模式下在同一时间内开停比越小,土壤温度越接近土壤初温。模拟研究结果发现:在土壤分层下,双U型地埋管单位井深换热量较单U型地埋管单位井深换热量高19.87%;土壤温度均随地埋管管径的增加而增加,单U型地埋管以管径为32 mm时的单位井深换热量为最好,而双U型地埋管以管径为25 mm时的单位井深换热量为最好,前者单位井深换热量较后者低11.56%。     

干式地板辐射供暖系统特性的试验研究

对干式地板辐射供暖系统进行了连续供暖和变供水工况测试,分析和评价了干式系统的供暖性能和热舒适性,并与湿式系统进行了比较。试验结果表明:干式系统稳定运行时,室内空气温度在水平和竖直方向分布均匀,热稳定性和热舒适性好。辐射换热量约占总换热量的65.6%,总换热量能够满足大部分建筑冬季供暖需求。干式系统在35~40℃区间内调节供水温度,可明显改变室内温度,而调节供水流量对室内温度影响不大。与湿式系统相比,干式系统预热时间短,对供水温度要求低,供暖能力强,更适用于需要间歇供暖的场所,但其蓄热能力差。结果将为干式系统的设计及其应用提供试验数据支撑。     

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明：外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。     

地源热泵U型管换热器夏季工况试验分析

U型管换热器设计是土壤源热泵系统应用的关键,埋管深度、管内流速、土壤初始温度、运行模式等都是影响其性能的主要因素,利用上海地区所建设的不同埋深U型换热器(60m,90m)土壤源热泵试验装置,进行了夏季工况试验,测得热泵运行前土壤初始温度分布;测试了热泵机组间歇和连续运行时换热器的换热情况;还针对不同埋管内冷却水流速,测得到了单位孔深换热量,结果表明增加冷却水流速并不能一味地提高其每延米换热量,埋管内冷却水流速存在一个最佳值。     

夏热冬冷地区土壤源热泵运行特性的研究

根据对夏热冬冷地区土壤源热泵夏季运行性能的实测,对夏热冬冷地区某办公楼土壤源热泵系统夏季制冷工况的连续运行特性与间歇运行特性进行了试验研究。实测结果表明:夏热冬冷地区夏季土壤进入准稳态阶段所需时间约7~8 h,其单位埋管换热量及系统COP分别为47.7~49.3W/m和2.34~2.52,平均值分别为48.3W/m和2.37。同时,根据建筑负荷特性,在满足房间舒适度的前提下,采用可控间歇运行方式来合理地调节开停机时间比例,可改善埋管周围土壤温度变化趋势、弥补地下传热慢的不足、强化地下传热过程,从而提高浅层地热能的利用效率。     

强制渗流作用下的耦合式土壤源热泵运行模式研究

以多孔介质传热、传质理论以及有限长移动线热源模型为基础,建立了地埋管换热器井孔内、外传热数学模型。基于抽、回灌井不同运行时长,对耦合式土壤源热泵系统的全年运行过程进行了数值模拟。通过模拟计算,抽、回灌井运行24 h比抽、回灌井运行8,16 h地埋管单位井深换热量分别增加了32.7%,9.2%,对应能效系数提高了34.4%,11.2%,然而此时耗电量却增加了200%,50%。研究表明,抽、回灌井运行时间越长,地埋管单位井深换热量越高,系统的运行能耗持续增加。因此针对所建耦合式土壤源热泵系统,通过采取抽、回灌井开启10~14 h的运行模式,能够有效地降低系统的运行能耗,进而使该耦合式系统得到合理的应用。     

内蒙地区垂直地埋管蓄热过程土壤温度的变化特性

给出了内蒙地区土壤温度计算式,通过计算获得该地区地表以下20m处土壤温度年波动范围为0.0483%。本文针对土壤蓄热过程建立了二维非稳态传热物理数学模型。基于有限元分析法对内蒙地区热泵长期(90天)连续蓄热过程进行了模拟研究。分析了钻孔口径、回填材料、地埋管管径及热流密度等因素对蓄热过程土壤温度特性的影响。研究表明:热泵长期连续运行会导致地埋管附近土壤出现热堆积不利于蓄热。热流密度、地埋管管径对土壤温度场和热作用半径影响较大;钻孔口径、回填材料对其影响较小;钻孔间距应保持在6.5m以上。研究结果对内蒙地区太阳能-地源热泵系统相关参数的设计具有重要指导意义。     

波纹状磁流变制动器磁流热场强耦合分析

为研究应用于汽车的波纹状磁流变制动器在磁流热场强耦合作用下的温度特性,建立了磁流变制动器的磁流耦合和热流耦合有限元分析模型,采用直接序贯耦合法得到磁流变制动器的磁场分布和稳态非制动工况、正常制动工况、紧急制动工况、连续间歇制动工况下的温度分布及其变化规律。研究结果表明,在稳态非制动工况,磁流变制动器温度分布近乎均匀,而在正常制动、紧急制动工况和连续间歇制动工况下的最高温度分别为92. 4℃、111. 2℃、80. 4℃,制动间隙内的温度均呈现先上升后下降的变化趋势;随着励磁电流的增加,磁流变制动装置在制停过程中的最高温度也逐渐上升,但其上升幅度越来越小。研究结果可为磁流变制动器的设计和应用提供参考依据。     

海相沉积砂岩土壤源热泵供热性能的试验研究

根据海相沉积砂岩——设计了土壤源热泵热水系统.试验采用单因素法,在连续和间歇运行两种工况下研究不同热负荷下系统的运行情况及土壤换热能力(通过控制开启主机的数量和土壤换热井数量来改变热负荷大小);在主机停止工作后,让土壤换热器中的循环介质与大地进行充分换热,测试土壤换热器中循环介质的温度变化来判断埋管区土壤温度场的恢复能力,从而综合评价地源热泵热水系统的运行性能.     

基于不平衡系数对地埋管热短路的评价与分析

在热响应试验的基础上,通过FLUENT建立单U型竖直地埋管系统的三维非稳态数值模型。引入热短路不平衡系数作为评价热短路现象强弱的指标,分析了回填土导热系数、管内流速、系统井深和运行方式对地埋管热短路现象的影响。模拟结果表明,回填材料导热系数和系统井深与热短路不平衡系数成正比;流速与热短路不平衡系数成反比,而且对热短路现象强弱影响最大;采用间歇运行可以提升系统换热效率,但不能缓解热短路现象。     

板翅式换热器的传热特性研究

运用ANSYS软件中的FLOTRAN模块,对板翅式换热器中的锯齿形翅片的湍流流动和传热特性进行了模拟仿真.并对模拟结果进行分析,证明与理论吻合较好,说明运用FLOTRAN来分析板翅式换热器传热特性是简便、直观的方法,并对以后的板翅式换热器设计及优化提供了参考.     

基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析

为了研究U型地埋管换热,以线热源模型作为基础,以夏季制冷工况为例,运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明:当换热介质流量和埋管深度均增大3倍,土壤导热系数增大1.6倍时,单位管长换热量变化幅度分别为9.9%、-10.7%、23.3%。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。     

采集凝固热热泵技术层流工况相变强化换热的研究

介绍了新型采集凝固热热泵技术及其关键设备,基于准稳态近似方法分析了凝固热采集装置中层流流动水在常壁温条件下的管内相变问题,采用当量平均表面换热系数和潜热显热比两个参数讨论了各因素对相变强化换热性能的影响.分析结果对于设计参数的确定及系统性能的改善有重要作用.     

热泵热水器蓄热水箱的漏热损失分析

蓄热水箱作为热泵热水器机组的重要组成部分,它的设计是否合理直接关系到机组的能耗.本文对长方体形、圆柱形以及球形蓄热水箱进行分析,计算并比较了蓄热水箱的漏热损失值,同时讨论了不同外形水箱的结构变化对其漏热损失量的影响,这对今后同类产品选择合适的水箱提供了一定的指导作用.     

应用于相变蓄热的脉动热管换热器在不同倾角下放热性能的试验研究

设计了一套脉动热管相变换热装置,并在搭建的试验台上对不同倾角下脉动热管换热装置的总放热时间和相变潜热放热时间进行了试验测定。结果表明脉动热管相变换热装置在0°、30°、60°、90°倾角下,0°角冷却的放热总时间和相变潜热换热时间均最少,90°倾角下放热总时间和相变潜热放热时间最长。增大冷却水流量,总放热时间和相变潜热放热时间均会减小,但当冷却水流量达到一定值时,继续增大冷却水流量,总放热时间几乎不再变化。冷却水初始温度越低总放热时间和相变潜热放热时间均有较大减少,水槽内冷却水最终温度差别不大。     

栅板式换热器的传热性能研究

建立了栅板式换热器板内流体流动的二维物理模型,通过数值模拟和冲渣水试验,分析了回收余热的栅板式换热器的传热性能。模拟了板间距和入口流速对流动和流阻的影响;试验测试了栅板式换热器的压降,分析栅板式换热器传热和流阻特性,并拟合出其传热和压降准则关系式。     

乙醇水溶液脉动热管传热特性研究

以体积分数为50％的乙醇水溶液为工质,在充液率为50％的情况下,对多环路脉动热管的传热特性进行试验与机理研究,并与无水乙醇的传热效果进行对比.结果表明,采用乙醇水溶液的热管热阻明显低于无水乙醇脉动热管的热阻,并且加热功率的极限值较高.当倾角为90°时,采用乙醇水溶液的热阻值最低约0.1℃/W,传热极限约为300W.采用无水乙醇作为脉动工质,倾角为60°时的热阻为采用酒精水溶液的1.34～1.49倍,倾角为30°时的热阻为1.28～1.50倍.     

热回收式热泵热水器的试验开发

通过对热回收式热泵热水器的样机试验及与其他几种热水器的比较,从安全性、可靠性、能效比、价格及安装使用等方面讨论了这类热水器应用的可行性,并提出了一些需进一步解决的问题.     

一种基于热管的制动盘散热优化的数值仿真研究

提出了改善制动盘散热的优化结构,包括优化散热筋以及在制动盘内布置热管,并且对原型和改进型制动盘散热进行了数值仿真计算,包括稳态工况下原型制动盘和两种改进型制动盘的温度分布,以及320km/h初始速度制动工况下制动盘最高温度随时间的变化.仿真计算结果表明通过改进制动盘散热筋的形状及布置、增加热管等措施,可以有效地降低制动盘的最高温度,从而提高制动盘的可靠性;与现有原型制动盘相比,改进型轴装制动盘的最高温度可以降低75℃;改进型轮装制动盘的最高温度可以降低79℃;在320km/h初始速度制动工况下,改进型热管制动盘的最高温度比原型制动盘降低了150℃左右.     

智能热量测控仪的设计

由于实施分户热收费的迫切需要，详细介绍一种预付费式智能热量仪表的工作原理。根据供暖系统的技术指标，给出了硬件和软件系统的设计方法，能实现对温度、流量等各项参数进行分段自校正运算，提高了测量精度。从国外应用实例中分析了影响测量精度的主要因素并指出设计中应注意的问题。