地埋管换热器分区运行对土壤热堆积特性影响的研究

为了缓解埋管区域土壤的热量堆积问题,提出了埋管换热器按内中外、块状、间隔三种分区运行的策略,利用CFD软件建立了10×10的井群换热模型,对地源热泵系统在三种分区与不分区运行策略下运行十年进行数值模拟,分析不同分区运行策略对土壤温度分布和土壤热堆积特性的影响。模拟结果可知:不分区、内中外分区、块状分区、间隔分区四种运行策略下埋管区域的平均温度分别为25.23、23.31、23.06、23.28℃,最高温度分别为40.62、32.77、40.65、38.93℃;分区运行较不分区运行可以有效缓解热堆积作用,埋管区域整体温度较不分区运行时降低了2.00℃左右,内中外分区策略可以显著缓解埋管区域热堆积。     

冷却顶板-置换通风空调系统中冷负荷分配比例研究

分别就送风温度、送风速度和顶板供水温度变化等工况进行了不同的模拟实验,对冷却顶板一置换通风复合空调供冷参数提出了建议取值范围。同时,根据实际测试数据加以分析研究,确定了冷却顶板系统和置换通风系统两者所承担的合理供冷份额。     

富水型热储层深井套管式换热器传热特性研究

基于所建立的深井套管式换热器井孔内、外非稳态传热模型,推导得到富水型热储层地下水渗流作用下深井换热器进（出）水管、固井水泥温度以及热储层过余温度的瞬态解析解。以示范工程现场监测数据与有限体积法数值计算结果为验证依据,探究热储层中渗流过程对于深井换热器传热特性的影响。计算得到,当深井换热器循环水量稳定在30 m³/h时,热储层中达西流速由0提高到5×10^-6 m/s时,平均换热量增大55 kW。然而在忽略热储层中渗流过程时,循环水量由30 m³/h提高到60 m³/h,平均换热量增大34 kW,循环水泵耗功提高20.6 kW。研究表明：随着渗流速度的增大,热储层中的传热机制发生改变,从而强化深井换热器的传热过程;同时降低了循环水流量对于深井换热器换热性能的影响程度。     

基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性

基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB),利用MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,验证计算模型与求解方法的正确性,从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明,进口流速为5×10_^-5m/s时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的三个连续阶段。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,各断面的平均流速最大降幅升高,恢复率降低。基于颗粒受力平衡分析,由于球形硅微粉转动惯量较低,易于脱离含水介质表面;非球形硅微粉多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。     

咸水层储能与含水介质渗透性变化的实验研究

针对三维渗流砂箱实验系统,通过储热与储冷实验,结合咸水层储能模型以及胶体稳定性理论探索储能过程中导致含水介质空间结构以及渗透性能变化的主要原因。研究结果表明,储能过程中回灌溶液温度变化造成含水介质空间结构发生空间非均质性改变,最终导致渗透性能在相对短时间内发生变化。在回灌60℃咸水溶液工况下,砂箱相对渗透率下降到73%,流出溶液黏粒质量浓度最高达5.2g/L;回灌5℃咸水溶液工况下,相对渗透率只下降8%,流出液中没有黏粒物质出现。在储热与储冷实验中,引起黏粒物质重新分布的机制不同。     

冷却顶板／置换通风复合空调系统的热环境分析

通过在一定热源强度下的小型办公室内冷却顶板供水温度和置换通风的送风温度等参数变化对房间温度场的影响实验,并利用热环境评价指标PMV分析其热舒适性,研究实验结果对该系统的应用具有一定的指导意义。     

抽-灌井水量对耦合式地埋管井群传热性能的影响

基于多孔介质传热、传质理论以及有限长线热源模型,建立耦合式地埋管换热器井群热-渗数学模型,以原位热响应试验与现场抽水试验为验证依据。针对渤海盆地含水层,通过数值模拟探究不同抽-灌水量对地埋管井群传热性能的影响。研究表明:随着抽-灌水量的增大,地埋管井群换热能效系数增大,井群下游区域热影响范围扩大。在制冷与供热工况下,井孔E7所在细砂层佩克莱特数(Pe)与单位埋深换热变换量Δq关系曲线均呈高斯函数分布。基于所建耦合式地埋管井群物理模型,抽-灌水量推荐范围为400~600 m3/d。     

多井同期抽灌储能模式咸水层热运移特性研究

基于含水层储能水、热运移的基本理论与控制方程,针对地下咸水层储能过程中渗流溶液密度及粘滞性系数变化显著的特点,对现有的地下含水层储能数学模型进行修正、完善,建立地下咸水层耦合储能模型,探索不同储能模式下含水层温度场变化规律及阶段性热量运移特征。研究结果得到,采用地下原水与去离子水回灌时,在储热运行期与间歇停运期粗粉砂层中热作用半径变化率分别为0.272m/d、0.008m/d,0.348 m/d、-0.04 m/d。在储能阶段,伴随回灌溶液温度上升、盐度降低,地下水渗流速度上升,导致对流换热与热弥散效应增强；间歇阶段,则由于地下咸水与回灌溶液间盐度梯度增大,在分子扩散作用下回灌溶液温度场影响范围减弱。     

地下咸水层水-热-盐耦合模型及其储能利用研究

基于地下水水热运移的基本原理,针对地下咸水层储能系统中地下水密度及粘滞性系数变化显著的特点,建立地下咸水层水-热-盐耦合储能模型。应用校正后的数学模型,对天津滨海某地下咸水层储能系统未来5 a的地下水动力场和温度场的变化进行了预测。结果表明:在地下咸水层水文地质条件不变的情况下,渗透系数随地下咸水层温度和浓度的增减而增减;在夏季储热期,地下水渗透流速随地下温度的上升呈逐渐上升趋势;在冬季储冷期,地下水渗透流速随地下水温度的下降呈逐渐下降趋势,从而影响地下咸水层温度场的变化,在第5年供冷期末,3#抽水井水温上升0.5℃,发生热突破现象。