地源热泵及地下U型换热器传热模拟研究

介绍了地源热泵单U垂直埋管的几种地下换热器传热模型,重点介绍和分析了改进的圆柱热源理论模型和“负荷聚合”思想以及可用于短时间范围传热模拟的数值解的理论模型。采用“负荷聚合”的圆柱热源理论模型大大缩短了全年传热模拟的时间;而适用于短时间尺度的数值解模型对地下换热器和地源热泵系统的设计以及能量分析具有现实意义。

两种地源热泵竖埋U型换热器计算模型适用性比较

地下换热器传热模型是地源热泵系统长期运行性能预测以及岩土热物性参数测试的基础。本文通过对经典的线热源解析模型以及一维柱热源数值模型进行比较,整体上数值模型及解析模型的计算平均水温与实测值接近,并且数值模型偏差比解析模型小。数值模型具有较高准确性,并且可以进行变热流计算,具有较强的工程实用价值。

双管板U型换热器制造加工工艺

双管板U型换热器的加工制造存在一定的难度。因此,本文从材料定制、筒体制造、管束安装、无损检测等方面对其制造过程进行研究,明确双管板换热器加工制造的质量控制点,以期为相关学者的研究提供借鉴。

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℃。

某U型管式换热器的有限元强度校核

U型管式换热器多使用在机械、化工、供热等换热行业,文章使用ANSYS软件,按实际尺寸建立三维有限元模型,模拟实际工况,计算该换热器所能承受的最大应力强度,结果显示该换热器满足强度条件。

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。

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。

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。

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。

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。

U型翅片管换热器传热单元数计算式

为了得到U型翅片管换热器传热单元数计算式,以U型翅片管换热器为研究对象,通过建立翅片管换热模型,推导出了逆流和顺流2种流体流动趋势的传热单元数计算式(NTU计算式).分别采用推导出的传热单元数计算式(ε-NTU法)和前人推导出的平均温差关系式(LMTD法)计算U型翅片管传热系数,并进行对比分析.结果表明,当进水温度为45～60℃,热水流量为30～110 kg/h时,由ε-NTU法和LMTD法计算出来的翅片管传热系数相差很小.所推导出来的U型翅片管换热器传热单元数计算式是合理的.

基于TRNSYS的双U型垂直埋管换热器的模拟分析

以长沙市某一实际工程的双U型垂直埋管换热器为研究对象,利用TRNSYS建立了地埋管的仿真模型,通过仿真模型及正交试验设计方法研究夏季影响埋管周围土壤平均温度的因素,并分析了这些因素的影响程度.结果表明：钻井深度、钻井间距、钻井数量及回填材料导热系数对土壤平均温度有不同程度的影响,其中钻井间距的影响尤为明显.最佳钻井间距应为4~5m,回填材料最佳导热系数为1.7~2.1 W/（m·K）,钻井最佳深度为60~100m.

地源热泵系统U型埋地换热器的实验研究与优化分析

在对比几种地源热泵系统U型埋地换热器的理论计算模型的基础上,将短时间步温度反应系数模型应用于某小区办公楼的地源热泵系统,对埋地换热器进行了理论分析,并给出了与实验值对比的结果.结果表明,短时间步温度反应系数模型可以较好地预测埋地换热器的换热性能,为地源热泵系统的设计与优化提供了依据.

多钻孔竖直U型埋管换热器传热研究

以地源热泵地下U型埋管四钻孔换热器为研究对象,利用有限元计算方法,编制程序,模拟分析了系统运行时间及钻孔顺序排列和交叉排列时钻孔间距和布置形式对土壤温度场的影响。结果表明:随着运行时间的增长,热干扰现象越强烈,热干扰主要发生在钻孔之间,在两钻孔中间影响最大;从土壤能源利用均衡性角度来讲钻孔交叉排列的形式优于顺序排列的形式。

U型热管换热器对冷凝除湿机性能影响的实验研究

传统冷凝除湿机因能耗较大发展受限,本文通过在冷凝除湿机上加装一组U型热管换热器,提高除湿机的除湿性能,达到节能目的。为验证改装效果分别进行预冷和再热实验,得到空气流经U型热管换热器的蒸发端与冷凝端温度变化的绝对值基本一致,说明U型热管换热器在能耗不变的条件下可对能量进行回收并充分利用。在这一基础上本文进行不同入口空气温度下,加装U型热管换热器前、后除湿机性能影响实验,即控制入口空气温度分别为24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃,测定改装前后除湿机的除湿量,并计算单位功率除湿量。实验结果表明,能耗不变的情况下,加装U型热管换热器后的除湿机每小时除湿量提升8%,单位功率除湿量提升7.8%。

珠三角地区U型地埋管换热器土壤温度场的数值模拟

建立了与实际U型地埋管换热器及管群(2×2)相一致的三维传热模型,在验证模型准确性以后重点分析了地埋管换热器及管群(2×2)周围土壤温度场在水平和竖直方向的分布规律,模拟出了连续运行后的土壤温度及循环水出口温度;对比了各部分传热热阻,其中土壤的传热热阻对模型的整个换热过程影响最大;而管壁的传热热阻最小。研究结果为在珠三角地区因地制宜地应用和推广土壤源热泵技术提供了相关的参考依据。

土壤源热泵U型埋管换热器三维非稳态模拟研究

本文通过运用FLUENT前处理软件GAMBIT,建立土壤源热泵地下U型埋管换热器的三维非稳态模型,先进行稳态模拟,收敛后进行三维非稳态研究,模拟土壤源热泵长期运行地下埋管换热器的换热情况。