冻结土壤、水-水平换热管耦合传热分析

以冻结土壤、水-水平换热管之间耦合传热作用为研究对象,对冻结条件下非饱和土壤连续性方程和热量迁移方程,采用有限容积数值方法进行离散求解,给出了部分温度场、冻结率分布图,并分析了耦合传热原因。分析结果表明:冻结土壤温度场是大致与地表平行的水平线,固液相变区高峰值发生在有回水管的上部,低值发生在无水平换热管的地方,水平换热管使冻结锋面向地表方向偏移,水平换热管进回水位置布置方式不同影响冻结土壤相变区域的大小与位置,回水管在单侧和中间布置是较优的布置方式。

水平多层spiral型地埋管数值模拟研究及换热特性分析

本文基于COMSOL软件建立了水平spiral型多层地埋管群传热三维数值模拟模型,并对其换热性能和温度场进行分析研究。结果表明:对比水平spiral多层并联管群来说,远离注入端的地埋管管内温度相对较低。地埋管群周围地层温度有所升高,远离注入端的地层温度变化相对较小。地埋管群的换热量随循环流体的流速增加而增加,但增幅降低。在进行换热器设计时,应合理控制循环水的流速。3层螺旋地埋管群的换热量略高,但层间干扰明显,建议选用2层并联螺旋管群。

水平单管内换热实验研究

利用隔膜泵作为系统动力输出源,搭建了单管内传热和流动测试实验台,对制冷剂R22在水平单管内的换热性能进行了实验研究,考察了不同蒸发温度和不同冷凝温度对总传热系数、制冷剂表面换热系数和管内压降的影响.实验结果表明:总传热系数和制冷剂表面换热系数均随着蒸发温度和冷凝温度的上升而增大;管内压降随着蒸发温度的上升而减小,随着冷凝温度的上升而增大;对于同一根实验管,在相同的冷却水流量和制冷剂质量流量下,最佳蒸发工况为10℃;冷凝实验中,总传热系数和制冷剂表面换热系数在40℃时高于其他两种冷凝温度时的值,但35℃冷凝时,管内压降高于其他两种工况.

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。

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。

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·℃).

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。

不同埋深水平蛇形地埋管换热器换热性能比较分析

本次采用热响应实验方法,在加热量相同的前提下,分别运行埋深为1.8m层和2.2m层的水平蛇形地埋管系统。还分别建立了与实验工况条件一致水平蛇形地埋管与土壤换热耦合数值计算模型,利用CFD软件求解,分别比较分析埋深为1.8m层和2.2m层水平蛇形地埋管与土壤换热数值计算工况和实验工况,发现数值计算结果与实验结果吻合较好,从而证明实验结果是可用的。比较实验工况下单独开启1.8m层和单独开启2.2m层水平蛇形地埋管与土壤换热数进出口水温、土壤平均传热系数K随时间的变化,得出埋深为2.2m层的水平蛇形地埋管与土壤换热的换热性能远远优于埋深为1.8m层的水平蛇形地埋管的结论。

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 。

水平地埋管换热器在防护工程内的应用研究

建立了地埋管换热器传热模型,并对模型的可靠性进行了实验验证。利用该模型,对埋设于围岩与岩土之间(即埋深为0.5m)的地埋管的换热和围护结构表面散热量进行了分析。定量分析了埋管深度、隔热层厚度、岩土种类对围护结构表面散热量的影响。

水平蛇形地埋管与土壤换热数值计算模型与实验结果对比分析以及变系统加热量对水平蛇形地埋管换热性能的影响

采用热响应实验方法,在系统流量相同的前提下,改变热响应实验的加热量运行埋深2.2m层的水平蛇形地埋管系统。还建立了与实验工况之一条件一致的水平蛇形地埋管与土壤换热耦合数值计算模型,利用CFD软件求解,比较分析埋深为2.2m层水平蛇形地埋管与土壤换热数值计算工况和实验工况,发现数值计算结果与实验结果吻合较好,从而证明实验结果是可用的。比较在相同流量不同加热量的实验工况下单独开启2.2m层水平蛇形地埋管与土壤换热数进出口水温、土壤平均传热系数K随时间的变化,得出一定的变化规律和参考数据。

土壤源热泵水平螺旋地埋管换热器换热性能研究

通过建立水平螺旋地埋管与回填材料以及土壤的三维换热数学模型,对水平螺旋地埋管换热器的换热性能进行研究。对影响水平螺旋地埋管与土壤之间换热性能的因素进行分析,包括水的流速、进口水温、螺旋环径、相邻环中心间距、回填材料等。研究结果表明这些影响因素对换热性能(单位管长换热量和单位土壤长度换热量)有着不同程度的影响。

水平地埋管换热器夏季动态换热特性数值模拟

建立了二维水平地埋管换热器数值模型,分析了地埋管流动介质流速、入口温度、工作模式对地埋管换热特性的影响。计算表明:提高流速和入口温度有利于提高地埋管换热器的热流密度,然而较大的流速导致地埋管需用功率急剧增大;在循环操作模式下,地埋管换热器在运行时具有更高的换热效率。此外着重分析了土壤温度的动态变化过程,地埋管埋深以上区域易受地表温度影响,循环操作模式下,地埋管周围土壤高温区域更小。

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响。以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5 m时对应的换热量较埋深1.5 m时的对应值分别增加了10.4%和15.4%;土壤导热系数由1.278 W/(m·K)增加到3.278W/(m·K)时,水平埋管的换热量增加了68.24%;HGHE的传热效率随着埋深和导热系数的增加而不断提高。以埋深2 m为界,上部区域的土壤温度受气温和太阳辐射的影响较大,下部区域主要受地埋管换热影响。

振动流化床浸没水平管局部传热特性的研究

对振动流化床水平换热管的局部传热系数进行了实验研究 ,结果表明 ,水平换热管局部传热系数受流化气速、振动频率及振幅的影响。通气与不通气两种情况下 ,振动对局部传热系数的影响表现出不同的规律。振动流化床水平换热管的传热系数随颗粒粒径的增大而减小。

水平管降膜蒸发器管外液膜铺展数值分析

运用FLUENT软件对水平管降膜蒸发器管外液膜的铺展过程进行数值模拟,分析了流量、管间距、管径及流体温度对水平管外液膜铺展的影响。模拟研究结果表明,液膜在水平管外分布不均匀,液膜铺展呈现波峰-平稳-波峰的周期性规律。在整个铺展区域内液膜厚度随流体体积流量的增大而增大,随流体温度的增大而减小;在叠加区内液膜厚度随着管间距的增大而增大;在平稳区域和冲击区域内液膜厚度随着管间距的增大而减小。周向角θ为45°时,液膜厚度在叠加区随管径的增大而增大;周向角θ为90°、135°时,液膜厚度在整个铺展区域内随管间距的增大而减小。

水平螺旋地埋管地源热泵的研究

提出了适合工程设计计算的水平螺旋地埋管换热器的传热模型,该模型以无限大介质中的一维非稳态传热为基础,同时考虑单位面积埋管长度的影响及长期平均负荷和短期脉冲负荷的不同作用。讨论了单位面积埋管长度和土壤的热物性对水平螺旋地埋管换热器的影响。结合工程实例,计算了所需的埋管长度和埋管的占地面积,与竖直埋管系统进行了比较。

热泵系统地下换热器埋管模型理论与计算

文中以土壤源热泵地下换热器水平埋管为研究对象,建立了地下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,得到级数形式的解。对数学模型求解时,考虑了其他算法所忽略的因素(管壁外表面温度、地下埋管上方大地表面温度等)。

泡沫金属内嵌石蜡水平蓄器内凝固放热实验

蓄能技术,尤其是蓄热技术,与太阳能光热利用系统集成耦合,可有力解决太阳能间隙性问题,提高太阳能热利用品质和利用效率,为光热利用系统提供稳定的能流输出。为解决工程常见的相变材料热导率低、蓄/放热系统效率不高的关键问题,选取石蜡为蓄热介质,设计了一种水平管内填充泡沫金属的蓄热单元,探究相同蓄热工况(70.0℃蓄热)、不同放热流体温度(10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃)下泡沫金属内嵌石蜡的凝固相变行为。通过高清相机拍摄得到凝固相界面的实时位置,通过热电偶测量获得凝固过程中内部温度响应规律。实验结果表明,冷流体温度越低,凝固速率越快;相比较30.0℃的放热工况,冷流体为10.0℃时石蜡完全凝固时间缩短了52.0%。同一径向距离测点的竖直高度越高,温降越快,其温度响应率也越大;但轴向位置对凝固测点温度变化影响差异不大。以1b测点的温度响应值为基准进行比较,10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃冷却工况下1a点温度响应率分别提高了7.2%、8.8%、10.3%、10.8%、11.7%。本研究有助于推广泡沫金属相变蓄热器的工程应用,为泡沫金属内嵌固液相变材料的结构设计与运行参数选取提供指导和帮助。

水平地埋管换热器理论与实验研究进展

归纳水平地埋管换热器常见类型及连接方式,综述水平地埋管换热器解析模型、数值模型的研究进展及实验研究成果。目前的研究成果并不足够支持水平地埋管换热器的优化设计和工程应用,需要根据现有的研究,建立精确度较高的水平地埋管换热器仿真模型。