环形均匀分布桩群应用螺旋埋管换热器的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了流体流速、进口水温、螺旋管管径、螺距4个参数对桩基埋管换热器出口水温和传热量的影响及周围区域土壤温度动态分布特征。结果表明:桩基埋管换热器的传热量随着流体流速的增大,先不断增大,当流速过大时,传热量开始减小;进口水温为32.5-35.0℃时,传热量与进水温度近似呈线性关系,提高进口水温,能够增大传热量;螺旋管管径32 mm的桩基埋管换热器的传热量比管径25 mm的大5.8%;500 mm螺距的桩基埋管换热器的传热量较300,400 mm螺距的分别增大1.7倍和1.2倍,换热效果大幅提高。

基于混合热源模型的桩基螺旋埋管换热器的温度场分析

采用数学方法对桩基螺旋埋管换热器的温度场进行了研究。利用叠加原理,建立了基于混合热源模型的桩基螺旋埋管换热器的温度分布解析解。对混合热源模型与纯有限长螺旋线热源模型在桩基典型方向的温度分布进行了比较。结果表明,两种模型在考虑回水立管的水平径向上的温度响应差距最大。初始无量纲温度差值达到0.31,相对误差为41%。随着Fo的增大,绝对误差逐渐增大,相对误差逐渐减小。稳定时,绝对误差达到0.35,相对误差达到11%。在实际桩基埋管换热器的设计计算时,要考虑回水立管带来的热作用影响。

桩基并联双螺旋型埋管换热器传热特性的数值仿真

摸清桩基并联双螺旋型埋管换热器的传热特性是进行合理设计、确保其高效运行的前提。建立了包含回水立管在内的桩基并联双螺旋型埋管换热器三维动态传热的仿真模型,利用其对现场实验的仿真复现及实心圆柱源热源模型解析解的对比验证了模拟结果的正确性。对桩身和土壤温度的模拟结果进行了分析,给出了沿管程、桩基内部以及周围土壤的温度分布。对连续和3种间歇运行模式下桩基并联双螺旋型埋管换热器的运行情况进行了仿真,揭示了其出口水温和单位管长放热量等性能参数的动态变化规律以及桩壁和周围土壤温度沿桩深和桩径方向的分布特征,提出了桩壁温度恢复百分比指标,定量评价了其在间歇运行模式下的温度恢复程度。表明了运停比越小,桩壁温度恢复程度越显著,但随着间歇运行周期的增加,每一间歇期的温度恢复程度呈现下降趋势。

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。

桩基螺旋地埋管换热器模型与换热性能研究

以线热源理论为基础,结合格林函数法中的持续热源法,建立了桩基螺旋地埋管换热器准三维模型,采用Matlab程序对模型进行编程计算。在设定条件下,分析了土壤热导率、土壤初始温度、螺旋地埋管螺距、桩基半径、管内流体流速对桩基螺旋地埋管换热器换热性能的影响。

桩基地埋管对土壤温度的影响及换热性能研究

结合实际工程,采用实验方法研究桩基螺旋地埋管换热器运行阶段周围土壤温度的变化,以及换热性能的影响因素。运行期间,深度越大土壤温度越高,随着换热时间的延长,接近地面的土壤温度增速明显高于深度更大的土壤。与单组螺旋地埋管运行相比,三组螺旋地埋管运行对土壤温升作用明显。对于单组螺旋地埋管换热器的运行工况,流速从0.6 m/s增至0.8 m/s时,单位孔深换热量仅增加3.8%。对于三组螺旋地埋管运行工况,在加热功率相同的条件下,水流量为1.71 m^3/h时的单位孔深换热量与流量为2.1 m^3/h时相差不大,建议采用小流量大温差运行。

Experimental Verification to Estimate Ground Thermal Conductivity Using Spiral Coil Type Ground Heat Exchangers

This paper presents an experimental study on the evaluation of thermal response of a spiral coil type GHE （ground heat exchanger）. This GHE was installed on partially saturated landfill ground that was composed of silt and clay in the runway area of Incheon International airport. TRT （thermal response test） was conducted for more than 65 hours under continuous operation conditions. Ground thermal conductivity was derived based on line source theory, which has usually been found to be appropriate for line type GHEs such as U, W and 2U types. A reasonable method to derive ground thermal conductivity using the infinite line source theory for a spiral coil type GHE was introduced. Ground thermal conductivity from the TRT using spiral coil type GHE was compared with those from the analytical equivalent model of ground thermal conductivity.