竖直U形地埋管换热器传热热阻计算方法比较

介绍了基于线热源理论和柱热源理论的竖直U形地埋管换热器的设计计算方法.结合工程实例,采用不同计算方法,对设计热阻参数项进行了比较.结果表明:关于钻孔内热阻,一维导热模型最大,形状因子法次之,二维导热模型最小,准三维传热模型略大于二维导热模型,最小值较最大值小32%(单U管)和44%(双U管);关于钻孔外热阻,柱热源理论较线热源理论小16%(单U管)和19%(双U管);关于钻孔总热阻,将4种钻孔内热阻计算方法和2种钻孔外热阻计算方法自由组合,最小值较最大值小20%(单U管)和26%(双U管).

间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响

为研究间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响,以钻孔壁为界,将计算区域分为钻孔内和钻孔外两个部分,分别采用稳态导热解析计算模型和非稳态导热数值计算模型.分析了办公楼、商场和居住建筑3种间歇模式下的换热特性.在各种模式下运行1个月的计算结果表明,3种间歇运行模式比连续运行模式的换热量分别高45.57%,58.43%和88.05%,其中居住建筑运行模式下的换热量和钻孔壁面平均温度恢复最好.

竖直U形地埋管换热器优化设计

以地埋管地源热泵系统模型为基础,引入竖直U形地埋管换热器的DST模型,将钻孔深度、钻孔间距和钻孔数量作为热泵系统的设计优化变量,通过全寿命周期内的系统运行模拟,提出了确定热泵系统换热器组群最优组合形式的方法。为地埋管地源热泵系统的方案优选和运行策略的评估提供了必要的理论依据。

U形地埋管换热器的三维数值模拟及传热分析

利用非稳态流动能量守恒方程得到了U形管内流体温度沿管轴向的变化关系,建立了U形地埋管换热器与土壤耦合换热的三维数值模型。把数值解分别与解析解和TRNSYS中的DST模型进行了对比,得出利用数值模型可以提高瞬时传热模拟结果精确度的结论。分析了在给定外界负荷的情况下U形管进出水温度、释热量和外界负荷之间的相互关系。

用动态模拟方法设计U形地埋管换热器

给出了U形地埋管换热器的数值模型。利用实测数据对比验证了自主开发的模拟软件的准确性。在模拟建筑全年动态负荷的基础上,采用该模拟软件对某地源热泵工程地埋管换热器进行了30年的逐时模拟,确定了埋管方案。指出不能采用单位深度换热量设计地源热泵换热器,必须进行动态模拟。

土壤分层对U形地埋管换热器换热能效特性的影响

基于土壤分层特点,引入地埋管换热器能效系数作为换热特性评价指标,模拟分析了无渗流情况下土壤径向与轴向分层对地埋管换热器换热特性的影响。结果表明,回填材料导热性能、不同导热系数土壤层位置及厚度对地埋管换热器的换热特性均有一定影响;增强回填材料的导热性能在运行初期可削弱或抵消热堆积作用,但运行时间一长,会增大热短路效应;高导热系数土壤层位于钻井上部时可增强区段能效系数;增大高导热系数土壤层厚度可增强地埋管换热器总的换热能效。

无渗流条件下U形地埋管换热器能效特性研究

选取无穷远边界值,利用三维数值模型对无渗流条件下地埋管换热器传热过程进行动态模拟,研究了地埋管换热器能效系数的主要影响因素。结果表明,增大岩土体导热能力和埋设深度及适当减小管内流速能够提高地埋管换热器的能效系数,而加大支管间距仅能在较短换热时间内提升地埋管的换热能效;采用间歇运行模式,特别是小周期循环和较长时间温度恢复期,有利于提高地埋管换热器的能效系数;岩土体初始温度和地埋管进口温度的变化并不影响地埋管换热器的能效系数。

单/双U形地埋管换热器传热特性模拟研究

为了研究不同因素对单/双U形地埋管换热器传热特性的影响,建立单U形和双U形地埋管换热器传热物理数学模型,分析流体进口流速、流体进口温度、回填材料和土壤竖向温度梯度对地埋管周围土壤温度分布规律和单位管长换热量的影响。结果表明:地埋管周围土壤温度随流速的增加而增加且双U形大于单U形,对径向距离大于1 m的土壤基本无影响;双U形地埋管换热器的单位管长换热量大于单U形,双U形地埋管换热器的热短路现象更严重;增加流体进口温度时,土壤温度、单位管长换热量均增加,但热作用范围基本不受影响;回填材料为砾砂时的土壤温度增加幅度大于黏土,单位管长换热量大于黏土,但增加比例小于回填材料为黏土时的情况;土壤竖向温度梯度越大,土壤温度和单位管长换热量波动幅度越剧烈,且双U形的波动幅度大于单U形;钻井深度和土壤竖向温度梯度较大时,地埋管不宜采用U形管作为换热器。研究结果对单/双U形地埋管换热器的设计及地源热泵系统的运行提供参考。

土壤温度场对竖直U形地埋管换热性能的影响

对广州地区地下50m以内土壤温度分布进行了模拟,研究了土壤温度的分布特性和变化规律,模拟了冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析了动态负荷分布对地埋管换热性能的影响。

余热-地热源吸收式热泵U形地埋管数值模拟

将烧结余热系统、吸收式热泵机组和地埋管换热器系统相结合,搭建了余热-地热源溴化锂吸收式热泵实验台。利用Fluent软件对地埋管换热系统的换热特性进行了数值模拟,并通过实验进行了验证。结果表明,U形地埋管换热器进出口温度的模拟值与实验值吻合得较好;无论是单U管还是双U管,其周围土壤温度沿深度方向变化不明显,而不同深度水平方向上温度变化范围较大。

成都市某商业建筑地源热泵地下换热器动态模拟

对成都市某商业建筑地源热泵地下换热器进行动态模拟,解决地下冷热不平衡的问题。采用Design Builder(DB)软件对建筑冷、热逐时负荷进行计算。设计提出两种冷热源方案:空调热泵+热水锅炉、空调热泵+热回收热水机。采用动态数值模拟方法对U形地埋管换热器进行计算。结果表明:方案一地下换热器的累积吸放热量严重不平衡,方案二基本平衡。在冷热源方案二中,对750孔的地下换热器进行连续30年的动态模拟分析,地下温度可以保证系统正常运行。

岩土竖直温度梯度对地埋管换热器性能的影响

在考虑岩土竖直温度梯度(以下简称温度梯度)的前提下,模拟计算单U形地埋管换热器进出水温度、岩土温度、单位钻孔深度换热量的影响因素。钻孔深度一定时,温度梯度越大,地埋管换热器进出水温度整体越高。随着钻孔深度增大,表现更加明显。考虑岩土竖直方向上的温度梯度,对实际工程有利。温度梯度一定时,钻孔深度越大,地埋管换热器进出水温度整体越高。随着温度梯度增大,表现更加明显。增加钻孔深度对实际工程有利,但应结合项目经济性评估结果确定。在钻孔深度150 m、温度梯度0.03℃/m条件下,运行结束时(模拟运行时间为2880 h)钻孔底部的岩土温度最大为16.22℃,这比不考虑温度梯度时高4.37℃。当钻孔深度一定时,单位钻孔深度换热量随温度梯度的增大而增大。