中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化

在中深层地热地埋管(DBHE)供热技术应用中,主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能,本文基于西安市西咸新区典型地质分布,构建了中深层同轴地埋管管群数值模型,研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。结果表明,多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因;当地埋管间距从5m增至25m,平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%;在西咸新区典型地质条件分布下,地埋管间间距应保持在15m以上;本文提出的四种管群分布中,地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小,其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。在工程设计中,中深层地埋管管群应尽可能直线排布,避免重叠排布。

中深层地热井换热特性多因素影响规律研究

积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析。结果表明:采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为14.08%、11.50%,平均误差分别为7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温度下降及恢复等值线在地层交界面处出现了“阶梯式”变化,岩石导热系数较大的地层在地层交界面附近造成的温度扰动距离更远。研究成果可应用于中深层地热井取热换热能力的评估,同时为中深层同轴套管式换热系统的设计提供借鉴。

中深层地埋管换热器性能研究——基于某体育训练基地场馆供暖工况

为研究同轴式地埋管换热器和U形地埋管换热器这2种中深层地埋管换热器换热性能,利用Fluent结合某体育训练基地场馆实际情况建立数值模型。模拟研究10年运行时间内,间歇运行模式、岩土导热系数和地温梯度等因素对这2种地埋管换热器换热量的影响。结果表明:前5年这2种地埋管换热器换热能力衰减较大,均下降6.6%左右,随后逐渐平稳;岩土物性参数一致时,2种换热器10年内换热能力衰减相差不大。4种间歇运行工况下,U形地埋管换热器换热性能均略优于同轴式地埋管换热器;在高岩土导热系数和高地温梯度时,运行10年后U形地埋管换热器换热性能优于同轴式地埋管换热器。

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。

富水土壤地区土壤换热器换热性能的实验研究

介绍了作者自主设计实施的土壤源地源热泵系统,并针对夏热冬暖地区富水土壤的特性,对Φ80套管周围的土壤温度分布及浅埋土壤换热器的换热性能进行了实验研究。研究发现:渗流水的存在,有助于土壤换热器的换热,套管释放的冷量主要沿渗流水流动方向扩散,且较长时间运行后的土壤换热系统能够保持稳定;管径较大的套管换热器的换热性能明显优于U型管换热器,且Φ65套管换热器的投资经济性最好。

地源热泵的套管式地下换热器传热研究

依据能量平衡 ,建立了地下浅埋套管式换热器传热模型 ,求解并分析了影响传热的主要因素 ,提出了强化换热的措施 。

同轴径向热管的数值模拟

基于不同工况、不同充液率下的同轴径向热管实验结果,利用数值计算的方法对热管内部工质进行模拟研究。研究结果表明:饱和蒸汽在上升过程中受热逐渐成为过热蒸汽,在顶部遇到迎面蒸汽时相互碰撞,流速几乎为零,此时蒸汽换热以导热为主,工质温度达到最高值;蒸汽工质沿径向上升在顶部出现回流现象,冷却水管壁顶部区域速度最低,冷凝速率最大;管壁温度分布由热管底部到热管顶部逐步上升,充液率为50%的热管,当横向坐标在7.5～22.5 mm区间内时,温度接近于线性上升,之后上升幅度变小。数值模拟结果与实验数据基本吻合,其相对误差小于5%。

同轴径向热管传热特性实验研究

为了解热管径、轴向外壁温度的分布情况及不同充液率条件下热管的换热系数,对新型碳钢-水同轴径向热管在5种不同充液率下的传热性能进行实验研究,分析不同热流密度下热管管壁的温度分布情况;并根据最小二乘法原理,推导热管传热系数与充液率及热流密度的实验关联式。研究结果表明:在实验条件下,50%充液率的热管传热性能最佳;在不同充液率条件下,热管的换热系数相对误差不超过7.92%。

同轴套管式深埋管换热器换热性能研究

针对青岛某地一个地埋管深度为2 605 m的地热能建筑供暖用同轴套管式深埋管换热系统,建立耦合管内外换热的全尺寸数值计算模型,并利用试验数据进行验证。在此基础上,进行一个供暖季的仿真计算,分析取热量及运行时间对该地埋管换热器换热性能的影响,并对内管失热量进行计算,得出以下结论:地埋管换热器换热能力随运行时间的增加而减弱;地埋管取热量过大会导致供暖后期地埋管进水温度过低,影响系统正常运行;该同轴套管内管的失热量较大。

自动钻机接扣过程同轴度误差补偿的研究

自动钻机接扣过程中由于主动钻杆与工作钻杆间存在同轴度误差,导致主动钻杆螺纹磨损速度快,使用寿命短。减小同轴度误差或对该误差进行补偿可减小接扣过程中螺纹的磨损。矿山机械因其制造和使用特点,采用提高精度的方法减小同轴度误差成本较高,不适合工程应用。提出通过增加弹性垫片减小结构刚度,运用主动钻杆的弯曲变形与弹性垫片压缩引起的钻杆端部变形实现同轴度误差补偿,并给出垫片厚度的计算公式。试验结果表明,运用该方法后主动钻杆的螺纹寿命得到有效延长。

中深层同轴套管式换热器换热性能实验

在河北工程大学中深层地热井安装了埋管深度为2500m的同轴套管式换热系统,采用现场实验的方法进行了换热性能的研究。实验条件为控制地热井入口温度和循环工质流量,实时监测地热井出口温度和循环水流量。通过地热井入口、出口以及循环工质流量得到实验条件下的地热井取热量。

常减压蒸馏装置转油线管道设计

列出了大型常压和减压蒸馏装置加热炉出口转油线管道设计的有关原则及常见的配管方式,适用于常压转油线和减压转油线的管道设计。

同轴管对汽车空调系统性能提升的仿真研究

根据汽车空调高低压管路的物理特性,针对热量未能充分利用的问题,以某车型为研究对象,介绍了同轴管在空调系统中的作用及其工作原理;利用HyperMesh软件来简化处理模型,通过CFD分析比较了高低压一体式与螺旋式同轴管的换热能力。分析比较说明螺旋式同轴管有更好的换热效果。通过一维仿真软件KULI建模,分析对比空调系统增加螺旋式同轴管前后的性能。结果表明:增加螺旋式同轴管后的空调系统,其压缩机功率下降,蒸发器制冷功率有所提升,有效提高了空调系统的制冷能力,起到改善整车节能的效果。

纳米金刚石复合涂层焊接套及拉拔套的特性与应用

简述了纳米金刚石复合涂层焊接套及拉拔套的制备过程。该模具具有极其耐磨,与铝、铜等金属之间的摩擦因数较小和自润滑等优点,因而其使用寿命为常规尼龙模具的100倍,硬质合金模具的10倍左右。介绍了纳米金刚石复合涂层焊接套及拉拔套在同轴电缆和铝塑复合管铝管焊接成型、拉拔定径中的应用效果。该模具能在提高同轴电缆、铝塑复合管的产品质量,节约原材料,提高劳动生产率,降低工人劳动强度等方面发挥独特的作用,为企业带来很大的经济效益。

同心套管式换热器的相关研究现状及其在氧化铝生产应用可行性分析

同心套管式换热器具有结构紧凑,传热效率高的特点,在核能、化工领域得到广泛应用。本文对同心套管式换热器的研究现状进行简要回顾,同时对其在氧化铝生产过程中的应用可行性进行初步的分析。

矿用钻杆的失效修复及分体式设计应用

基于露采钻机钻杆的失效形式及原因分析,改进了两端内、外锥形螺纹接头的材质和结构,重新制作并替代了失效钻杆的螺纹接头,与钻杆管体重新联接,提出了失效钻杆修复工艺方案。结合修复工艺方案,从结构改进设计角度,提出了分体式钻杆的设计方案,并针对其特点和应用效果进行了说明和分析。失效钻杆修复工艺和分体式钻杆具有一定的推广应用价值。

单井井下换热器开采方式在中深层地热开发中的适应性分析

在中深层地热资源的开发中,存在成本高、技术难、井筒易结垢和腐蚀等问题。单井井下换热器开采具有“取热不取水”的特点,能有效解决回灌中腐蚀结垢问题,是一种低成本、低环保风险的新兴技术,对中深层地热资源开发具有重要意义。基于国内外单井井下换热器的理论研究和现场应用状况,解释不同类型的单井井下换热器的工作原理,对比分析3种类型的单井井下换热器开采的优缺点,提出未来的发展方向。研究结果表明:①在中深层单井井下换热技术中,同轴套管井下换热器换热效率高,技术成熟,现场完井深度可达2300 m,出口水温超过40℃,热能产出可达220 MWh/a;②超长重力热管换热器具有避免工质损失、减少压裂等优点。虽然目前现场应用较少,但其产出温度超过100℃,具有巨大的发展潜力;③U型管换热器虽然换热量低,但具有安装简便,不易渗漏的优点,目前现场应用很少。基于U型管换热器在浅层地热资源开发中的重要性,它也将成为未来中深层单井换热的主攻方向之一。

保温海底管道结构现状及其在渤海的发展方向

本文在介绍当今世界上保温海底管道结构类型、应用情况及渤海保温海底管道现状的基础上,结合自己实践的体会,对渤海保温海底管道发展方向提出了建议。

同轴电导传感器测量持油率对含油率表征分析

油水两相流含油率的在线精确测量具有重要价值,对同轴电导传感器在垂直管道中测量的持油率对含油率的表征特性进行了研究.开发了基于同轴电导传感器的持油率测量系统,针对传感器结构特点,采用了垂直安装方式,利用无量纲系数(Z)分析了持油率与含油率之间关系.结果表明:垂直上升管与垂直下降管中,都存在Z随着含油率的增加由大于1变为小于1的变化规律,该规律受重力的影响较小,而与垂直管道中油水的分布有关.

卡车空调制冷性能优化浅析

文章主要围绕某轻卡产品的空调性能优化设计,以降低出风口温度为突破口,进行方案设计和试验验证。结果表明,同轴管的应用,提升了整车空调的制冷性能。