基于正交试验的中深层U型地埋管换热器换热性能影响因素分析

对中深层U型地埋管换热器换热性能影响因素进行了研究,建立了中深层U型地埋管换热器三维全尺寸数值传热模型,通过正交试验极差法,分析了入口温度、岩土热导率、地温梯度、埋深以及支管间距的影响。结果表明,这5项因素对中深层U型地埋管换热器换热性能的影响显著性依次为:埋深、地温梯度、入口温度、岩土热导率、支管间距。埋深、地温梯度对换热性能的影响近似于线性;岩土热导率对换热性能的影响则接近于抛物线变化,随岩土热导率的增加,换热性能快速提升;当入口温度从15℃升高至20℃时,平均进出口温差迅速下降,换热量迅速减少,因此建议U型地埋管的入口温度应小于20℃。

多孔中深层地埋管换热器取热性能研究

基于移动线源法和叠加原理,建立考虑地下水渗流的多孔中深层地埋管换热器传热模型,研究渗流速度和大地热流对换热器长期运行中循环液温度和钻孔壁温的影响。结果显示:循环液进口温度随着渗流速度的增加而升高。渗流速度较低(<1×10^(-7)m/s)时,渗流速度对循环液进口温度的影响相对较小;渗流速度较高时,即使大地热流较小,循环液进口温度仍能达到低渗流速度时的值。地下水渗流对于减缓换热器周围土壤温度的下降有所帮助,但并不能完全抵消温度的降低。

非采暖季蓄热对中深层地埋管换热器运行的影响

为了缓解地埋管换热器长期运行导致的取热能力和周围岩土温度场明显下降问题,分析非采暖季蓄热对中深层地埋管换热器运行的影响,探讨蓄热时间、余热介质温度以及循环液质量流量对不同深度地埋管运行的影响。通过建立物理模型和数值模型,采用有限差分法计算中深层地埋管换热器在非采暖季蓄热的效果,对不同蓄热工况下中深层地埋管换热器的取热量进行对比分析。结果显示:增大蓄热时间、余热介质温度和循环液质量流量,取热量均增加;相同条件下单孔中深层地埋管换热器的取热量会随着埋管深度增加呈正比例增大。

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%。

中深层地热地埋管及水热型研究与应用现状分析

中深层地热能热储量大、稳定性高以及分布范围广,是重要的清洁能源之一。目前针对中深层地热能的开发利用模式可分为中深层同轴地埋管换热型、中深层U型地埋管换热型和中深层水热型。介绍3种开发应用模式的原理和特点,充分调研当前学术研究成果和工艺设计发展现状,对我国在建及已建成中深层地热能开发利用项目进行分析评价,总结当前中深层地热能开发面临的难题与不足之处,并针对学术研究、工艺设计和项目建设等方面给出研究重点目标和发展方向。

岩土分层对中深层U型对接井换热性能的影响

中深层U型对接式换热井出水温度高、取热能力大、井内流动阻力小,是理想的中深层地热能换热形式。基于热阻串联理论,建立了中深层U型对接式换热井地下换热的分层解析计算模型,并采用实测结果进行了验证。在建立解析模型的基础上,选取关中盆地作为研究区域,分析了地下3000 m以浅深度范围内的岩土导热系数和体积比热分层变化对中深层U型对接式换热井整个采暖期内出水温度和取热量的影响。结果表明:岩土导热系数分层对地下换热特性有较大影响,根据平均导热系数计算会高估井口出水温度和取热量,偏差值介于6%~15%;岩土体积比热分层对地下换热特性影响较小。在中深层U型对接式换热井的设计和传热性能分析中,应考虑地下分层的影响,建议分层数量不低于8层。

中深层U型埋管换热器传热性能研究

本文利用FLUENT模拟对一种新型的中深层U型埋管换热器进行了性能模拟。文章研究了2880小时运行时间内,流速、埋管深度和地温梯度等因素对中深层U型埋管换热器性能的影响。当流速增大时,中深层U型埋管换热器的进出口水温增加幅度不大,但是在实际工程中,流速的增大会增加泵的能耗,因此增加流速不一定会增加收益;增加埋管换热器的深度可以很好的提高换热器出口水温,从1500 m增大到2500 m时,2880小时后埋管换热器进口水温提高了22.88℃;地温梯度对进出口水温影响显著,2000 m深埋管换热器,地温梯度由0.02℃/m增大到0.03℃/m时,埋管换热器进口水温升高了10.46℃。

中深层套管式地埋管地源热泵系统能效分析

中深层套管式地埋管地源热泵系统的能效受多种因素影响,为保证其高效运行,对其影响因素进行研究尤为重要。本文建立了中深层套管式地埋管地源热泵系统换热器传热模型,采用工程实测数据验证该模型的准确性。基于该模型,量化了一个供暖期内多种因素对系统能效的影响。结果表明:进口水温和岩土导热系数对系统能效具有重要影响,回填材料导热系数对其影响较小;增大循环流量会提高取热功率,但系统能效也随之降低,当循环流量由8.33 kg/s增大至10.56 kg/s时,取热功率提升4.95%,能效下降1.23%;增大外管管径、岩土和回填材料的导热系数能够提升系统能效,但达到一定数值后,对能效提升效果不显著。本研究对中深层套管式地埋管地源热泵系统长期稳定运行及能效提升具有参考意义。

中深层地埋管热泵系统供暖源侧参数设计方法

依赖于既有工程经验数据或地埋管换热能力短期测试结果,采用粗放式方法进行中深层地埋管热泵系统源侧设计,导致地埋管系统容量配置不合理,影响热泵系统供暖的可靠性与经济性。为改善地埋管系统设计现状,采用动态仿真手段,同时虑及设计负荷、累计负荷、负荷逐时分布规律,分析长时间维度中深层地埋管地热资源非稳态特性和岩土温度自恢复特性,提出基于地下岩土“终态年度周期性冷热平衡”状态来确定地源侧设计供回水温度,进一步以地源侧全生命期年均成本最低进行最优化计算来确定源侧设计流量的设计方法,并将其应用于某工程项目,实现了地源侧参数的设计优化。

U型垂直埋管换热器管群周围土壤温度数值模拟

在所建立的内热源型埋地换热器模型基础上,采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。在对单根换热器不同土壤物性对土壤温度影响模拟结果基础上,着重对U型垂直埋管换热器管群模拟只有取热或只有排热单季运行工况下的土壤温度变化,和既有取热又有排热的双季运行工况下的土壤温度变化,分析各自对地源热泵应用效果的影响。

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟

针对土壤耦合热泵地下U型换热埋管,建立了管内流体以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型。所建模型考虑了U型管的实际形状,土壤考虑为饱和多孔介质,管内湍流流动采用R ea lizab le k-ε模型。采用F luen t软件对模型进行模拟计算,得到了管内流体以及周围土壤温度分布。分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响,并对考虑渗流作用时不同土壤物性对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场进行了模拟计算与分析。

基于CFD技术的双U型地埋管换热器传热热阻

以地热埋管换热器为研究对象,对换热器各环节热阻进行了数值模拟.模拟利用Fluent软件,建立双U型埋管换热器二维模型,并对钻孔内外各传热过程进行数值模拟.将模拟结果与理论计算结果进行了比较,并讨论管间距半宽、PE管外径以及钻孔半径的变化对PE管内热阻、钻孔内热阻和钻孔外热阻的理论公式计算精度的影响.结果表明:对于PE管内热阻和钻孔外热阻而言,其模拟值和理论公式计算值非常相近,而钻孔内热阻的理论计算公式精度较差,其计算值和模拟值之间存在较大偏差;且管间距半宽和钻孔半径对理论值与模拟值的相对误差几乎无影响,而钻孔内热阻的理论值与模拟值之间的相对误差会随着PE管外径的增大而变大.

U型地埋管换热器的传热性能数值模拟

针对土壤源热泵系统中单、双U型地埋管换热器的传热问题,建立三维几何模型,用FLUENT软件进行模拟计算,在相同工况下对比分析了钻井深度、流体速度、保温层等对单、双U型埋管换热器的单位井深换热量、流体出口温度及热短路的影响.结果表明,双U型埋管换热器的单井换热量比单U型增加30%以上;无保温层时,双U型埋管换热器的热短路问题较严重;出口管外敷设保温层可有效减小热短路的影响,使单、双U型管换热器单井换热量均增加15%以上,且双U型埋管换热器的综合性能更优;保温层的最佳长度约为120 m.

天津地区双U型地源热泵地埋管换热器性能模拟研究

针对地下水位变化对地源热泵垂直地埋管换热器性能的影响,以天津某工程为例,根据土水特征曲线确定了土壤垂直方向含水量分布和热物性变化,并基于FLUENT软件建立了双U型地埋管换热器的三维非稳态传热模型,对不同工况下的换热器性能进行了数值模拟,将模拟结果与试验结果进行了对比分析。进一步,模拟研究了不同地下水位对换热器性能的影响,其结果对于地下水位变化显著地区地源热泵工程设计、管理具有较好的指导意义。

U型埋管换热器三维数值模拟和供热实验研究

系统地介绍了以有限控制容积的瞬态热平衡原理为基础,采用有限差分法建立的单根垂直U型埋管换热器三维瞬态传热模型,并且与整个冬季供热实验测试结果进行了对比。此外,根据原始地温的测试数据,结合相关文献,总结出重庆地区湿重型土壤的原始地温计算式,为求解传热模型,提供了必要的定解条件。

不同负荷特性下单U型地埋管换热器换热性能模拟分析

文章对单U型地埋管换热器建立二维传热模型,并通过二维截面推移得到其三维模型。运用Ansys热分析软件,分析了某地区在不同空调负荷特性下的单U型地埋管换热器换热性能。模拟结果表明,单U型地埋管换热器在连续负荷作用下,每延米换热量从运行初期的约130 W下降到末期的34 W左右,在连续运行约200 h后基本保持不变;在间歇负荷作用下,每天运行末期的每延米换热量下降缓慢,在运行8 d后基本不变,保持在48 W左右,与连续负荷相比,换热器的热堆积小。

捆扎式三U型埋管换热器开发及性能分析

针对地源热泵系统中U型埋管换热器建立三维模型,用FLUENT软件对比分析了四种U型埋管换热器的单井换热量,结果表明,单井中布置三组U型埋管为宜,并提出了出口管捆扎式三U型埋管,且捆扎后外敷绝热层更有利于提高三U型埋管的换热量,提高回填材料的导热系数就像U型埋管加装了翅片一样,也有利于提高换热量,但材料导热系数取值存在极限。

基于数值计算的U型地埋管井群换热器计算模型研究

针对U型地埋管换热器的特点,在分析单井换热器换热量的基础上,考虑到多井换热器井与井之间传热的相互干扰,提出了一种用于U型地埋管井群换热器数值计算的9井模型,这种模型在数值计算时既能代表一般井群换热的规律,又便于计算机处理,为实际工程中分析井群换热规律提供了很好的理论依据。

土壤源热泵U型埋管换热器传热的非稳态数值模拟

本文基于能量平衡方程,建立了土壤源热泵U型埋管换热器周围土壤的非稳态传热模型,用所建立的传热模型对土壤源热泵冬季取热过程进行了动态模拟。研究了不同物性土壤温度及U型埋管出口流体温度的变化规律,分析了土壤物性对换热器换热性能的影响,采用间歇运行方式提高了换热器换热能力。通过建立数学模型得出的结果,可供设计参考。

中深层地埋管换热器变延米传热模型研究

中深层地埋管换热器热泵供热技术已逐渐成为我国双碳目标下北方清洁供热可选方案之一,建立中深层地埋管换热器解析解传热模型是推广及应用这一技术的关键。文章基于无限长线热源模型,针对中深层地埋管外岩土的传热过程提出了改进的瞬时热阻;取消了孔壁温度均匀的假设,建立了由钻孔内循环液至远端岩土的整个传热过程的传热一体化模型;利用温度叠加原理及拉普拉斯变换法获得了变延米换热量条件下流体温度解析解。通过对比验证发现模型具有较高的精度,并基于该模型,分析了钻孔深度、地温梯度、岩土导热系数以及循环液流量对地埋管换热器最大换热功率以及出口水温的影响。