水平埋管周围土壤温度场数值模拟研究

建立了应用于地源热泵系统的水平埋管的传热数学模型,并采用 ANSYS 软件模拟了埋深为 3 m 的水平埋管在冬夏运行工况下周围土壤的温度场变化。根据选取的特定时间比较了单管和双管水平埋管在相同工况下周围土壤温度场,得出各自的影响半径,为水平埋管换热器的埋设提供了参考。

严寒地区土壤源热泵地下水平埋管换热性能影响研究

针对严寒地区地源热泵水平埋管换热器的传热规律及其制约因素,建立加土壤保温层水平埋管换热器周围土壤不稳定温度场的物理和数学模型,并对所建立的模型进行模拟计算及实验验证。研究加保温层前后埋管周围土壤的温度变化以及不同运行方式下埋管周围土壤的温度场。结果显示:加土壤保温层后,单埋管换热器周围土壤温度提高1.30℃,双埋管换热器周围土壤温度提高约1.20℃。间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,埋管换热量也得到提高。

土壤源热泵地下水平埋管换热性能及其周围土壤温度场的影响研究

通过建立地下水平埋管换热器模型,模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度场分布和埋管换热量的影响。分析了埋管管材及埋管埋深、管径、管壁厚度等对埋管换热的影响。模拟结果显示,当土壤导热系数从1.1W/(m·℃)增大到2.5W/(m·℃)时,埋管单位管长换热量增幅达100.8%,且到埋管距离越近的点,其土壤温度随土壤导热系数的变化相对较快。地下二层埋管外表面温度及其周围土壤温度变化比地下一层换热稳定性好,换热量大。适当的加大管径,减小管壁厚,有利于增强埋管换热。

气象波动对水平埋管换热器传热影响的数值模拟

应用气象学方法和传热传质理论,建立考虑气象因素和土体传热共同作用的大气-土壤相互作用模型;针对桂林红粘土地层,模拟分析气象波动对水平埋管换热器传热的影响。研究结果表明：1）在1.0～2.0 m埋深范围内,水平埋管换热器的换热效果明显受到地表气象波动的影响,大气温度、蒸发、辐射是主要因素;2）对于红粘土地层,降雨形成的浅层渗流对换热效果的提高幅度约为5.6%;3）通过开展不同设计埋深及埋管间距的换热效果分析,确定桂林红粘土地区水平埋管布置方式的合理值：埋深为2.5 m,埋管间距为2.0 m。

水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型

介绍了于 1 998年所建成的埋深分别为 0 .9m和 1 .8m的双层水平埋管地热源热泵系统 ,内容包括实验装置、换热器几何尺寸、测试仪表及测试数据的处理方法等 ,并用典型日分析了该系统的制冷和制热性能。同时 ,又对影响地热源热泵系统性能的诸多因素中的埋管尺寸及热泵运行方案等因素作了分析。另外 ,本文参考 VC.

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。

利用热管的新型水平埋管技术

地源热泵水平埋管占地面积过大一直是难以解决的问题,根据热管高效的传热特性,提出利用热管技术强化地源热泵水平埋管与深层土壤的换热效能,减少水平埋管的占地面积.根据埋管工作的温度范围,设计选择耐腐蚀的不锈钢式热管,并通过理论计算,得到热管长度与占地面积的关系.在理论可行性基础之上进行应用可行性分析,方案在保证换热量的条件下能够节省占地47%.

水平埋管热作用下周围土壤热湿特性实验研究

土壤含湿量的不同是影响土壤导热系数的主要因素之一,进而影响地埋管地源热泵系统地下埋管换热器的换热性能。沙箱实验结果显示,水平埋管周围土壤水分迁移现象有可能受到地下埋管换热器热作用的影响,土壤温度梯度是土壤水分迁移的主要动力。取热工况下,埋管周围土壤水分迁移现象可以忽略;排热工况下,埋管与周围土壤间热湿作用相互耦合,水平及竖直方向上均呈现土壤水分由管壁处向埋管远端迁移的现象。

地埋管地源热泵水平埋管冬夏季工况换热性能及土壤温度场

建立了水平埋管的二维数学模型,使用边界离散、保形变换方法对模型进行求解,用VB编制了地埋管地源热泵水平埋管土壤温度场计算软件。运用模型和软件,详细模拟了冬季和夏季工况下水平埋管及其周围土壤温度场和热流分布规律。冬季水平埋管周围土壤温度纵向呈不对称单峰状分布,横向呈完全对称的单峰状分布。夏季水平埋管周围土壤温度纵向呈不对称单谷状分布,横向呈完全对称的单谷状分布。随着位置远离埋管,土壤温度变化幅度减小。埋管外表面温度分布和土壤沿与埋管同圆心的圆周上温度分布都呈正弦曲线。埋管上部各单元的热流量相对较高,下部各单元的热流量相对较低。求解了给定工况下水平埋管的单位管长换热量,并通过文献中的实验数据对算法进行了验证,误差为6.2%,模型算法具有可靠性。

利用热管技术提高土壤源热泵水平埋管换热效能

提出了把热管应用到土壤源热泵的水平埋管换热器中 ,用以提高换热器周围土壤的温度和稳定土壤的温度场 ,以减少埋管换热器的占地面积。

回填空气间隙对水平埋管换热性能的影响

建立了未夯实土壤初始温度数值计算模型,利用CFD软件求解,得到未夯实土壤初始温度数值计算结果,并将未夯实土壤初始温度数值计算结果与夯实情况下的理论计算值和实验测试数据进行比较,在该实验工况下,未夯实回填导致埋深2.2m处的土壤初始温度比夯实回填状况增大1℃左右.以未夯实土壤和夯实土壤的初始温度作为边界条件,建立埋深为2.2m的水平埋管耦合数值计算模型,利用CFD软件求解,得到土壤在未夯实和夯实情况下水平埋管换热器进出口温度及平均传热系数随时间的变化值,并与实验运行测试结果进行对比,在该实验条件下,土壤未夯实会使水平埋管进出口温度升高,系统效率降低,平均传热系数从2.71 W/(m·℃)下降到2.22 W/(m·℃).

水平埋管周围土壤温度场的数值模拟

建立了水平埋管内流体与土壤传热以及土壤自身导热的数学模型,利用Matlab软件中的偏微分方程(PDE)工具箱对数学模型求解,根据实例计算结果对该模型的传热情况进行分析,结论是:在水平埋管截面方向,随着时间增加,温度影响范围不断扩大;在1/2模型中埋管周围各个方向温度梯度不相等;土壤同一地点的温度随时间的增加而降低.

冻土层中水平埋管换热器换热特性的数值分析

寒冷地区冻土层对地源热泵水平埋管换热器（GHE）的换热特性产生重要影响。根据冻土层换热特点建立了一种简化传热模型,对水平埋管周围土壤瞬态温度分布进行了模拟计算,分析了冻土层冻结和土壤含水率对GHE热损失的影响。计算结果表明,土壤冻结情况GHE的传热损失相对于非冻土情况下增大。进液管热损失随着土壤中含水量的增加先减小后增加,回液管热损失逐渐减小,GHE总热损失减小。计算结果与国家标准＂地源热泵系统技术规＂（GB 503662-2005）中对水平埋管的埋深规定相吻合。

利用热管技术提高地源热泵水平埋管的换热效能

提出了把热管应用到地源热泵的水平埋管换热器中 ,用以提高换热器周围土壤的温度和稳定土壤周围的温度场 。

地下等间距水平埋管散热量分析

当地下水平埋管的流体为热流体时,利用形状因子理论,通过控制变量法逐一分析管间距和地下埋深等因素对水平埋管散热量的影响,得出在一定范围内,管道散热量随着管径、管长和管间距的增大而增大,随着埋深的增加而减小,其中管间距的影响最大,管径的影响最小。通过合理控制这些参数,可以减少管道的热损失,减少能量浪费。

流化床内水平埋管的流体动力学特征和传热

采用自制的光偶测试元件对宽筛分粒子流化床中三种不同管径的水平埋管进行了实验研究，定性分析了气泡附壁时间分率、乳化团贴壁时间等运动参数沿管周的变化规律，在此基础上讨论了埋管与流化床之间的传热机制。

流化床水平埋管局部流动特性实验研究

分析流化床内水平埋管的局部和整体换热系数的实验结果，发现换热表面的传热能力随着颗粒种类、流化速度和与来流方向的夹角不同而发生变化．可以推论，在特定的气固两相流化系统确定后，换热系数就与换热表面处的气崮两相运动情况直接关联．

流化床与水平埋管间局部传热模型

利用粒子与壁面碰撞频率及接触时间的实验数据,以及粒子扰动对提高局部对流换热系数的实验数据,修正了理论模型,并预测了沿流化床中水平埋管周围不同角度的局部传热系数变化规律。它与有关文献的实验结果吻合良好。

水平埋管地下岩土传热模型中上垫面边界条件的确定方法研究

上垫面作为地下岩土和外界环境的边界面，对地上地下的热量传递的形式和传热量的大小有较大的影响，水平埋管的埋管深度较浅，受外界环境影响较大，故上垫面边界条件的确定对水平埋管传热模型的研究非常重要。建立了水平埋管地下岩土的二维非稳态传热模型，并通过分析自然状况下和地埋管换热器运行后的热量传递过程，建立热平衡方程，初步确定了上垫面边界对地下岩土传热过程的影响。比较典型上垫面的热特性参数，得出不同上垫面形式的传热特性，从而确定了水平埋管地下岩土传热模型中不同上垫面形式的边界条件。

土壤源热泵地下水平埋管换热器非稳态传热数值模拟

建立了水平埋管的三维数学模型,使用Fluent软件详细模拟了冬夏季工况下水平埋管及其周围土壤温度场的分布规律。通过文献中的实验数据对算法进行验证,证明该模型算法具有可靠性。