Experimental study on heat exchange of several types of exchangers

Aiming at the ground-coupled source heat pump that possesses the shortcomings of occupying larger land,this article studies the heat exchanged of heat exchanger in piling,and compares it with common heat exchangers buried directly. The result indicates that the heat exchanger makes the best use of structure of building,saves land,reduces the construction cost,and the heat exchanged is obviously more than exchangers buried directly. In winter condition,when W-shape pipe heat exchanger in pile foundation is 50 m deep and diameter is 800 mm,it transfers 1.2-1.3 times as large as the one of single U-shape buried directly at the flow rate of 0.6 m/s,whose borehole diameter is 300 mm. And in summer condition it does about 2.0-2.3 times as that of U-shape one.

西安中深层U型对接换热井取热能力及热影响半径

中深层地热能井下换热技术是一种环保的地热能开发利用技术,U型对接换热井为重要类型之一,取热能力和热影响半径是这一技术应用推广的关键问题。文章以西安某2500 m深、水平段长200 m的U型对接换热井为研究对象,基于实测地层温度和围岩热物性参数,通过原位测试及数值模拟技术,分析换热井的取热能力,探讨换热过程中围岩地层温度变化特征及范围。结果表明:目标换热井30 a可持续取热功率达750 kW,平均换热功率为144 W/m;围岩地温衰减程度和范围随着取热功率增大而增大;换热井不同深度热影响半径不同,深部地层整体大于浅部,750 kW取热功率下取热30 a最大热影响半径超过100 m,换热井进、出水井间存在一定程度的热干扰。

基于均匀设计的中深层U型地埋管取热潜力估算

为了对中深层U型井下换热系统的取热潜力进行估算,利用中深层U型地埋管换热模型编程进行了模拟验证,综合考虑土壤导热系数、竖直管长、地温梯度、水平管长、土壤密度与恒温层温度6个因素,采用均匀试验设计的方法设计了模拟试验方案,使用多元线性回归的方法对6个因素与取热量的关系进行了分析,建立了取热量的预测方程,结果表明,利用土壤导热系数、竖直管长、地温梯度、水平管长与恒温层温度5个因素即可对中深层U型地埋管换热器最大稳定换热量进行预测,最大稳定换热量预测值与模拟值的平均误差为6.76%,最大相对误差为-9.88%。

间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响

为研究间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响,以钻孔壁为界,将计算区域分为钻孔内和钻孔外两个部分,分别采用稳态导热解析计算模型和非稳态导热数值计算模型.分析了办公楼、商场和居住建筑3种间歇模式下的换热特性.在各种模式下运行1个月的计算结果表明,3种间歇运行模式比连续运行模式的换热量分别高45.57%,58.43%和88.05%,其中居住建筑运行模式下的换热量和钻孔壁面平均温度恢复最好.

基于元体能量平衡法的垂直U型埋管换热特性的研究

基于元体能量平衡法建立了垂直U型埋管的传热模型,模型考虑了流体温度的沿程变化,并通过引入热干扰角与等效传热间距反映两管脚间的热干扰问题,使之更符合实际的传热情况。通过所建模型对U型埋管的换热特性进行了数值模拟,结果表明:增加土壤与回填物导热系数、管脚间距、管内流体流量及减小管脚热干扰角与进口流体温度(供热工况下)均可以增强埋管的换热效果,其中土壤导热性影响最为显著。但回填物导热系数不可无限制增大,其大小还要考虑对增强管脚间热干扰的影响及其与管脚间距的相互关联性。同时,流量的增加要考虑对流动阻力增加的限制,可以采用变流量设计来进行调节与优化。此外,为了充分发挥地源热泵的能效,实际设计应该考虑埋管、热泵及负荷三者间的相互匹配性。

双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。

竖直U型埋管地源热泵技术的应用

通过工程实例详细介绍了U型埋管地源热泵技术的主要施工技术、施工工艺。

土壤温度场对垂直单U形埋管换热性能的影响分析

针对广州地下50m以内土壤温度场,研究广州地区土壤温度的分布特性和变化规律,建立垂直单U形地埋管地下换热区域温度场的三维稳态和瞬态传热模型,模拟冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析不同土壤初始温度对地埋管换热器埋管深度的影响。最后,计算某一别墅工程动态负荷,选用GLHEPRO3.0进行为期30年的系统运行模拟,分析地下埋管区域土壤热平衡对埋管换热性能的影响,从而为广州地区推广使用土壤源热泵系统的长期高效运行提供理论参考。

U型热管换热器对冷凝除湿机性能影响的实验研究

传统冷凝除湿机因能耗较大发展受限,本文通过在冷凝除湿机上加装一组U型热管换热器,提高除湿机的除湿性能,达到节能目的。为验证改装效果分别进行预冷和再热实验,得到空气流经U型热管换热器的蒸发端与冷凝端温度变化的绝对值基本一致,说明U型热管换热器在能耗不变的条件下可对能量进行回收并充分利用。在这一基础上本文进行不同入口空气温度下,加装U型热管换热器前、后除湿机性能影响实验,即控制入口空气温度分别为24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃,测定改装前后除湿机的除湿量,并计算单位功率除湿量。实验结果表明,能耗不变的情况下,加装U型热管换热器后的除湿机每小时除湿量提升8%,单位功率除湿量提升7.8%。

深层U型埋管动态负荷下的换热特性研究

依托西安市2个实际工程中埋深分别为2 100 m和2 505 m的U型深埋管换热系统,结合钻井测温、岩土解释和原位试验,建立了埋管换热的三维全尺寸数值模型。基于所建模型,模拟分析了2个深埋管换热器在动态换热负荷条件下的埋管换热特性,并对比了2个深埋管动态负荷运行下的供暖能力和差异。其中动态负荷是依据西安市某个实际节能住宅建筑并利用DeST软件计算得到的。研究结果表明:增加埋管深度有利于提高埋管换热品质,从而实现高效供暖。

竖直U形地埋管流速与换热强度实验研究

在2个实际工程现场钻取测试井，采用常见的竖直U形地埋管形式，设定不同的管内流速，测得模拟冬、夏季工况下的进出口水温，计算出单位井深换热量，分析了管内流速对地埋管换热强度的影响。结果表明，在0．6～O．9m／s的流速范围内，地埋管换热强度随流速的增大而增大，超出这一范围，增大流速会导致换热强度降低。

创新型竖向U型深埋管供暖换热性能实验

在西安某厂区深层地热对接井安装了埋深大于2 000 m且深度不同的2个竖向U型深埋管换热系统,应用原位实验的方法进行了换热特性的研究。实验条件为埋管进水温度和水流率基本恒定,实时检测埋管的出水温度。通过埋管进、出水温差及流率得到埋管在实验条件下的综合换热强度及不同深度地热井的实验,表明埋管深度的增加对换热强度的影响很大。

严寒地区中深层双U形地埋管热泵系统的应用分析

以辽宁省阜新市某住宅小区为例,采用TRNSYS软件建立了仿真模型,通过模拟和正交试验,研究了影响中深层双U形地埋管热泵系统费用年值的因素,并分析了这些因素的影响程度。结果表明,钻孔间距和地埋管公称直径对系统费用年值的影响较大,在设计过程中应首先考虑增大钻孔间距,当间距受埋管区域限制不能增大时,则应考虑增大地埋管公称直径。针对严寒地区特点,将正交试验得到的最优方案与常见的太阳能辅助地源热泵系统进行了技术经济分析,对于热负荷占优的地区,该系统在寿命周期内具有更小的费用年值,能够长期稳定高效运行。

纳米流体对U型深埋管换热特性影响的研究

结合西安市某个埋深为2505 m的U型深埋管换热系统,在原位实验验证的基础上建立三维全尺寸数值计算模型,进而模拟分析埋管内热流载体种类对强化埋管换热的效果。埋管内热流载体除常规使用的水外,还选用Al_(2)O_(3)/水、CuO/水和SiO_(2)/水3种纳米流体。通过改变这3种纳米流体的纳米颗粒体积浓度分别为0.1%、0.3%、0.5%及1.0%,分析纳米流体种类及纳米颗粒体积浓度对埋管换热的影响。研究结果表明,就整个埋管的换热而言,纳米流体的强化换热效果较小。因此,通过改变埋管热流载体来达到埋管强化换热的方法并不高效合理。

土壤源热泵垂直U型地埋管施工关键技术研究

通过对垂直U型地埋管换热器施工关键技术的跟踪与研究,着重探讨了施工中存在的问题,提出合理的解决措施与优化方案。分析了三种常用回填方式,为实际应用中回填方式的选择提供参考。提出了一种易于区分双U型支管通路的方法,提高了施工效率。设计了一种新型管卡,改善了回填堵塞问题。最大横截面尺寸相同条件下,验证了方形端头在下管速度方面优于圆形端头。

防护工程垂直U形地埋管换热性能的实验研究

为探讨防护工程垂直U形地埋管的换热性能,利用某地下工程地源热泵实验台,对比分析了两种工况进出口水和土壤温度的变化规律。结果表明:24 h连续运行时,埋管单位孔深换热量逐渐降低;间歇12 h运行时,钻孔初始时局部单位孔深换热量与连续运行时相差较大,而总时间内钻孔平均单位孔深换热量要大于连续运行。建议防护工程在应对突袭时采用连续运行模式,并将热稳定时间和该时间内的单位孔深换热量作为工程地埋管系统应突处理能力的评价指标之一,但工程长期使用时应采用间歇运行模式。该工程本次实验测得的热稳定时间为14 h,14 h内换热量为1 310.4 k J/m。

基于试验前提对U形竖直地埋管的数值模拟研究

以2017年于内蒙古包头市进行的地源热泵系统U形竖直地埋管及其临近土壤传热效果试验研究为基础,对U形竖直地埋管及其临近土壤传热特性进行数值模拟研究,进一步研究地埋管内流体流量、流体温度及回填材料等变量对地埋管换热系统换热效果的影响.

垂直U型地埋管换热器性能的动态仿真

本文基于圆柱内热源理论建立了垂直U型地埋管换热器的数学模型。在MATLAB软件中建立了垂直U型地埋管换热器的动态仿真平台。利用该仿真平台研究进口温度、进口流速、钻井深度、回填材料、土壤以及间歇运行时间比等因素对垂直U型地埋管换热器换热性能的影响规律。结果表明,在一定范围内提高进口温度可以提升垂直U型地埋管换热器的换热性能;当进口流速为0.4~0.6 m/s时,增大进口流速可以有效提升垂直U型地埋管换热器的换热量;钻井深度越深,钻孔总换热量增加明显,单位钻孔深度换热量略微减小;但随着运行时间的增加,回填材料导热系数对换热的影响逐渐降低;土壤的导热系数越大,垂直U型地埋管换热器的换热量越大;采用间歇运行的方式可以提升垂直U型地埋管换热器的换热性能。

一种U形结构换热器的制造技术

介绍一种将蒸汽再热能级匹配技术应用于大容量、高参数工业供热,从而开发出的纯逆流、新型高效的U形结构换热器。与常规的管壳式结构换热器相比,该产品结构复杂、装配尺寸精度要求高、制造难度大。基于以上特点,从筒体、U形弯头、管板、水侧封头等主要零部件的工艺流程、加工制造,管束内件立架、U形管穿管、管束与壳体的套装、尾部弯头的装焊、整体设备的翻身和各零组件的尺寸精度控制、检测方法等方面进行论述,为大尺寸U形结构换热器的制造提供参考。

双U型地埋管换热器在卷烟厂供暖中的设计与应用

针对地源热泵换热器设计中存在的占地面积大,竖井钻孔预埋深度大,工程建造成本高等问题制约地源热泵的普及,通过设计一种双U型地埋管换热器,增大每一预埋竖井内埋管直径和根数,有效利用埋管井空间容量,该型式设计在保证供暖热容量的条件下,满足供暖温度要求。