含内热源松散煤体热湿迁移特性研究

为研究松散煤体内部热湿迁移规律,建立松散煤体多场-相变-扩散耦合数学模型,对热力驱动下的温、湿度场时空演变规律进行仿真研究;通过热湿迁移特性实验平台,对数值模拟结果的有效性与准确性进行验证。研究结果表明:温度相对误差小于5%,含湿量相对误差小于8%;松散煤体温度逐渐升高,温升速率逐渐减小,温度最终趋于稳定值,沿轴线方向温度呈指数性降低;松散煤体湿度场可分为煤体含水率和空气含湿量,在空间上可分为含水率减少区、含水率增大区和含水率不变区,随着计算进行,峰值含水率逐渐增大且向远离热源方向移动;含湿量相较于实验初期均有所增大,沿轴线方向先呈线性降低,后呈指数性降低且线性区域越来越大,指数性区域越来越小。

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展.土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验.该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律.结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0℃升至100℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m^(3)/m^(3)升至0.160 m^(3)/m^(3)时,监测点的温度由37.1℃升至40.0℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导.研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.

土壤高温储热条件下热湿迁移过程的实验研究

建立了土壤高温储热热湿迁移过程的实验装置,对不同储热温度和初始湿度下的土壤温度场、湿度场及地下换热量等动态特性进行了实验分析。实验结果表明:储热温度和初始湿度是影响土壤高温储热热湿迁移过程的重要因素。在高温储热条件下,温度场和湿度场之间具有十分强烈的关联性,且在靠近热源的地方易出现湿度峰值和温度峰值现象,湿度场的稳定时间整体上略滞后于温度场。在大尺度上,热湿迁移倾向于同时沿重力和径向方向进行,此效应对热湿迁移过程也具有较大的影响。

日光温室装配式土质夹心墙体热湿迁移及蓄放热性能

为研究日光温室装配式土质夹心墙体的热湿迁移及蓄放热性能,通过可控式墙体热湿耦合试验台控制墙体两侧温度、相对湿度的不同,实测墙内温度、相对湿度的稳态分布及瞬态变化,并对墙体的蓄放热性能进行定量计算与分析。结果表明:该层状异质结构复合墙体,热湿迁移存在耦合但并不明显;墙内填土始终保持高湿状态,有利于墙体蓄放热,是该墙体的主要蓄放热体;外侧墙板保温隔热效能明显,室外环境变化对墙体保温蓄热性能影响较小,且能使墙内热量主要向室内单向释放;墙内热量释放存在滞后效应,最长可持续6 d+6.5 h,但以快速放热期(4 d+8 h内)所释放热量为主,约占总放热量的85.64%~91.21%;所建立的数值分析方法可为不同厚度的同类墙体设计与建造提供参考,具有指导生产意义。该新型墙体设计理念先进,蓄放热性能优越,且能够快速装配、重复利用、就地还田,适于在中国大面积推广应用。

研究土壤热湿迁移特性的非平衡热力学方法

运用非平衡热力学理论分析了土壤非饱和区热湿迁移的热力学“力”和“流”，建立了迁移过程的热力学唯象方程。通过对土壤非饱和区热湿迁移机理的分析，利用扩散定律和气体状态方程推导了热湿迁移唯象方程中的有关唯象系数的数学表达式，分析了温度、含水率及蒸汽分压力对唯象系数的影响。

浅层地能开采中土体的热湿迁移机制及力学性状研究综述与展望

浅层地能的开采是与岩土介质相关的能量交换过程。本文从岩土工程应用的角度,简述了浅层地能开采中与岩土体相关问题的国内外研究现状,指出了目前存在的问题并进行了分析和展望;在此基础上,凝练出了3个主要的科学问题,即换热过程岩土体热湿迁移机理、岩土层地质构造对热交换的影响以及热交换对岩土力学性质的影响,并对它们的具体研究内容进行了详细的分析。论文的分析成果对于掌握浅层地能开采对土体力学性状的影响,合理开发利用浅层地能,实现能源的可持续发展具有重要的理论和现实意义。

岩溶区地源热泵系统土壤热湿迁移实验平台研制

地源热泵运行中地埋管换热器与岩土层的热交换是一个复杂的热湿耦合传热传质过程。为研究岩溶地区地源热泵运行过程中土体热湿迁移效应及其对系统性能的影响规律,结合岩溶地区地质条件和实验功能需求,设计研制了一个可进行地源热泵运行性能测试及地埋管周围土壤热湿迁移效应研究的实验平台;该实验平台主要分为地源热泵试验系统、运行监控和数据采集系统,实现了地源热泵运行状况和换热过程中岩土体温湿度变化、土壤热湿迁移、周围环境大气因素的自动采集和实时监测;在此基础上,利用地源热泵运行过程中的实测数据验证了实验平台的有效性,并对部分实测数据进行简单分析和讨论。运行结果表明:该实验平台具有高效、节能等优点,实现了数据自动采集和全面监测功能,完全符合实验需求。

制热工况下地埋管周围土壤的热湿迁移试验研究

基于实际工程建立了地源热泵空调系统运行过程的岩土体原位观测站,实现系统运行状况和换热过程中岩土体温度变化、水分迁移的实时监测,通过冬季工况运行试验,揭示地源热泵运行过程中土体的热湿迁移效应。研究结果表明:冬季工况下该地源热泵空调系统的机组性能系数COP为3.58,具有良好的制热效果;土壤温度场的变化受地埋管热交换和大气环境变化两个因素的影响,但二者的影响范围及程度有所区别;土壤温度场的变化幅度随着与地埋管距离的增加而递减,竖埋管热作用的影响半径约2.0 m左右,水平埋管热作用的影响半径约1.0 m左右;地埋管热交换对土壤湿度场的影响不显著,但大气降雨引起的地表水入渗和地下水位的变迁对土壤湿度场变化有明显影响。

土壤高温储热热湿迁移过程的初步研究

初步建立了土壤高温储热热湿迁移过程的数学模型,并进行了数值求解。结果表明,土壤热湿迁移过程中的湿度场稳定时间明显滞后于温度场,且与土壤类型和水力传导特性等有关。对于水力传导性较差的土壤,在高温储热初期,靠近热源的地方容易产生湿份聚集,使得湿度曲线出现一个短期峰值。与低温储热相比,土壤高温储热时湿度迁移对温度场的影响较大,温度场呈整体降低趋势,降低幅度顺序为:砂土>壤土>粘土。在该文模拟条件下,粘土的热湿迁移过程对于初始湿度的变化不敏感,而砂土的热湿迁移过程则依赖于初始湿度,且影响程度随着初始湿度的增加而增大。

双热源作用下土壤高温热湿迁移数值模拟

建立双热源作用下低饱和度土壤高温热湿迁移过程的数学模型,并进行数值求解,其中考虑固相颗粒间水蒸气迁移的影响。结果表明,随着热源温度增加,砂土温度呈整体升高趋势,同时湿度变化也十分剧烈,其中热源附近的湿度呈先快速减小后逐渐增大趋势;而远离热源处的湿度呈先增大后逐渐减小趋势。与砂土相比,粘土的温度场和湿度场变化较微弱。随着热源间距增大,土壤温度场达到稳定的时间有所延长,且土壤湿度峰值的出现时间整体向后推迟。当砂土和粘土的初始饱和度分别在20%和30%附近时,水蒸气迁移效应会明显缩短土壤温度场达到稳定的时间;而当土壤趋向于干燥或饱和状态时,上述效应呈逐渐减弱趋势。

复杂环境条件下土壤非饱和区热湿迁移的研究

本文通过对土壤非饱和区热迟迁移机理的分析，根据质量守恒和能量守恒定律，导出了非饱和区含湿量方程和能量方程，给出了一维非稳态热湿迁移的定解条件，从而建立了复杂环境条件下土壤非饱和区热湿迁移的理论模型．

热泵地埋管周围土壤热湿迁移研究

针对热泵地埋管周围土壤内热湿耦合迁移特性开展研究,采用非饱和多孔介质三参数渗流物理模型,将地埋管温度边界与土壤温度边界进行耦合,利用FLUENT软件的UDF功能对地埋管和周围土壤进行耦合运算,得到非冻土条件下地埋管周围土壤水饱和度、压力和温度梯度的变化规律,数值模拟结果与现场测试结果进行对比,吻合较好.

大气对流对土壤内热湿迁移影响的实验研究

对土壤内热湿迁移过程进行了研究。通过对土壤内热湿迁移机理分析，根据质量守恒和能量守恒原理，建立了土壤非饱和区热湿迁移的理论模型。对大气对流环境条件下砂土内热湿迁移过程进行了实验研究。通过实验测量和数值计算，获得了不同大气对流速度作用下土壤中温度、含水率分布以及水分蒸发强度的变化。

地源热泵间歇运行下土壤热湿迁移的实验研究

建立地埋管换热土壤热湿迁移过程的实验装置,对地源热泵间歇运行时不同进口流体温度及不同土壤体积含水率下土壤温湿度场的变化特性进行实验研究。实验结果表明∶间歇运行时,入口流体温度的升高会使土壤温度最大值升高,但不利于土壤温度的恢复,土壤体积含水率的增加在一定程度上有利于地下换热和土壤温度的恢复。系统开机后存在土壤温度上升的主上升区,此区温度增幅超过65%,关机后第18小时土壤温度基本恢复至初始温度;系统关停后在温湿度梯度的作用下会出现温度和含水率最大值后移的现象,热源对土壤温度和含水率的作用半径约为280和375 mm;开停比为1∶2时温湿度较1∶1能恢复得更低,合理设置停机时间有利于机组长期有效运行。

生态型节能屋面的研究(之一)——种植屋面热湿迁移的数值分析

动态模拟了种植屋面植被层的能量流动反应 ,土壤层的热、湿传递以及屋面板的传热过程 ,建立了种植屋面屋面板—土壤—植被—大气系统的完整的传热传湿的综合模型 ,并进行数值计算 ,编制了计算程序。

植物根系占位对土壤热湿迁移的影响

将土壤床作为非饱和多孔介质 ,考虑土壤内热、湿、气的耦合迁移机制 ,针对根系占位或不占位两种情况 ,对植物根系土壤床中的传热传质进行数值模拟 ,比较土壤中各量场的分布 ,分析植物根系占位对土壤床内热量及水分迁移的影响 .计算和分析结果表明 ,植物根系的占位对土壤床内水分迁移有明显的影响 ,根系的存在使土壤内部的水分分布更为均匀 ,有利于水分向植物根系密集的上层土壤迁移 ,也有利于水土保持 .

参数估计法测定多孔介质热湿迁移特性的实验研究

设计了基于参数估计法测定多孔介质热湿迁移特性的实验测试装置。在多孔介质局部含湿量和温度的实验测试数据基础上，通过参数估计算法得到了砂土的热湿迁移特性数据。此外，还对参数估计算法中的几个问题进行了分析探讨。

蒸发状况下土壤中热湿迁移的非稳态数值模拟

给出了计算不饱和土壤中热湿迁移的二维数学模型 ,对蒸发状况下土壤中的热湿迁移过程进行了非稳态数值分析 ,探讨了土壤热湿迁移对环境参数和土壤内部参数 (质地、结构参数 )

基于植物根系仿生的土壤热湿迁移数值模拟

以实验数据为依据,把土壤中的水分含量和水分梯度分布作为影响植物根系生长的环境因子,结合非饱和多孔介质中传热传质的数学模型,对冬小麦的根系生长进行仿生模拟,分析根系吸水对非饱和土壤湿分与热量传递的影响。在相同环境条件下,对裸土和有作物覆盖的土壤床中的热、湿迁移也进行了模拟比较。

土壤热湿迁移对建筑底层地面温湿状态的影响研究

针对热湿地区建筑底层地表面普遍存在湿积累的现象,从土壤热湿迁移过程和室内热湿环境双效作用的角度对地表面结露现象进行分析,研究获得地面防潮与保温处理前后地表面的温湿度及湿流通量情况。结果表明,当室内空气相对湿度高于90%时,地表面极易发生冷凝。当在地面构造下部铺设防潮层时,可有效降低地表面相对湿度,但仍会发生结露,为避免结露现象,可在防水层与地面构造下部之间铺设厚度为140 mm的聚苯乙烯泡沫保温板。