基于土壤分层的双U型地埋管出口温度及土壤温度场研究

目的 探究在土壤分层和地下水渗流条件下地埋管的出口温度以及传热规律。方法 基于多孔介质理论建立分层岩土体瞬态三维模型,分析土壤的初始温度、地下水渗流、回填材料种类对地埋管出口温度及土壤温度场的影响。结果 土壤初始温度为290.15 K时,热泵运行30 d后地埋管的出口温度最高,达到280.43 K;三种常用的回填材料中沙土的换热效果最好,黏土作为回填材料时,地埋管附近出现明显的冷量堆积;地下水渗流速度达到200 m/a时,地埋管出口温度为280.85 K,相较于不存在地下水渗流时的出口温度增加了0.51 K。结论 土壤初始温度、地下水渗流速度均与地埋管出口温度呈正相关;土壤温度场的变化在一定程度上取决于回填材料的种类及热物性;地下水渗流的存在能够消除土壤冷量的堆积,在地埋管敷设时应适当增加沿着渗流方向管间距离。

浅埋矩形顶管背土效应全过程理论分析模型

针对浅埋矩形顶管顶进的背土效应,提出覆盖背土竖向扩展阶段、水平扩展阶段和整体背土阶段的全过程理论分析模型,确定顶管顶进的松动土压力、管土摩擦力、侧壁剪切约束力和前端阻力的计算方法,得到背土启动和发展全过程的理论计算公式.结果表明:背土是否启动主要由顶管上覆土层的厚度、地层土体特性和管土摩擦特性决定,与顶进长度无直接关系;背土竖向扩展阶段的背土区域厚度和水平扩展阶段的地表扩展宽度都随着顶进长度的增加而非线性增长;理论分析结果与矩形顶管顶进全过程三维有限元模拟结果和现场实测结果吻合较好,理论公式可为矩形顶管背土发展全过程预测分析提供一种有效而简便的方法.

沟埋式管道垂直土压力模拟试验研究

为研究沟埋式管道的垂直土压力,以甘肃某大型管道工程为研究背景,采用PFC3D数值分析方法,建立埋地管道三维离散元模型,模拟土体工后沉降过程中管土相互作用过程,分析不同埋深、管径条件下的管顶土压力分布规律和管顶垂直土压力,并与现场试验和理论计算进行对比验证。结果表明:沉降过程中土颗粒位移持续增大,最后趋于稳定,在管顶位置与土的接触处力达到最大。现场试验和数值模拟所得的管顶土压力分布规律一致,近似呈“中间大,两侧小”的抛物线分布形式,管顶垂直土压力随管道埋深的增加而增大。管径对管顶垂直土压力的影响较小,整体随着管径增大呈现出逐渐减小的趋势。数值模拟与折学森土压力计算理论更为接近,Marston计算理论偏于保守。

城市更新背景下某商业综合体地源热泵系统地下温度场研究

以某城市更新背景下的商业综合体为研究对象,根据线热源理论,分别对单井系统和多井系统地下埋管周围土壤温度进行了数值模拟,运用叠加原理计算了采取顺排3×3的多井系统在恒热流、变热流密度下地埋管区域的温度场分布,对比了多井系统管群中间区域和边缘区域的温度分布,以及各井的进出口温度,为城市更新项目的地埋管地源热泵系统设计与施工提供理论依据。

地源热泵及其应用分析

介绍了地源热泵的类型、原理及特点,并对水平埋管和竖直埋管的地源热泵与空气源热泵的经济性进行了比较。结果表明,对小型住宅,采用水平埋管的地源热泵经济性最好。

增强地源热泵竖直埋管地下换热器换热性能的研究

地下换热器换热性能直接影响到地源热泵系统的初投资和运行成本。地下换热器可分为单U型、双U型和 1+2型三类。采用非稳态法对膨润土、水泥 +砂两类回填材料进行了室内实验 ;在相同的边界条件下 ,采用扶正器和定位器施工可以保证下管 ,并能降低钻孔内热阻。因地制宜地选择埋管形式 ,采用稳定。

地源热泵竖直地埋管系统设计的简明算法模型研究

根据对流换热、导热理论和能量平衡方程,在借鉴IGSHPA模型方法的基础上,得出了地埋管换热系统设计的简明算法模型。模拟值与实测值的比较结果表明,误差在工程允许范围之内。根据该算法能够得出相同换热量的不同埋管设计方案,即不同的埋深、管间距、管内流速和埋管数量的组合情况,同时也能得出相应的流体进出口温度。

许昌市浅层地热能评价

以线热源理论为基础,通过对许昌市城区不同区域岩土体进行垂直埋管试验,测试获取各岩土层热物性参数,计算浅层地热能可利用量和地热能储存量,为许昌市推广和发展土壤源热泵这一极具节能与环保潜力的浅层地热能应用提供理论基础和技术支撑。同时,通过对许昌市浅层地热能评价方法的介绍,为同类城市浅层地热能评价提供可借鉴的方法。

直埋敷设供热管道垂直荷载计算方法的研究

介绍了四种常用垂直荷载计算方法:《城镇直埋供热管道工程技术规程》法、Marston法、Г·К·Клейн法和棱柱荷载法。给出了计算垂直荷载的土壤垂直压力因数曲线,讨论了考虑沟槽为直壁沟槽或斜壁沟槽、管道为刚性或柔性管道时的垂直荷载计算方法及适用条件。实例计算结果表明,沟槽为斜壁沟槽的Г·К·Клейн法计算结果最小,《城镇直埋供热管道工程技术规程》法计算结果最大;工程实际情况下的垂直荷载在数值上趋近于棱柱荷载。

管土相对刚度对沟埋管道竖向土压力影响研究

通过建立管道、回填土、地基的有限元分析模型,研究不同管土相对刚度对管顶竖向土压力的影响。结果表明:管顶填土竖向位移随着管土相对刚度的增大逐渐增大;在相对刚度较小时,随着埋深的增大,管顶竖向位移变化较小;埋深较浅时,管土相对刚度对管顶竖向土压力影响较小,当埋深大于4.5 m时,随着管土相对刚度的增大,管顶竖向土压力明显增大。

土壤热源与热泵联接运行冬季工况的试验研究

研究利用土壤热源的一种新方法，即利用我国长江流域丰富的地表水作为蓄能和传热介质，以井作为竖直埋管形式．提取土壤热量来作为热泵系统冬季供暖热源．测试结果包括不同埋管尺寸、不同水循环方式以及各种工况下运行参数对热泵性能和取热量的影响．

钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性的影响

作为水域中桩基础施工的围堰结构,钢护筒的应用愈加广泛,钢护筒因为施工或者拆除困难等原因有时不再回收,从而与钢筋混凝土材料一起形成钢管混凝土复合桩。为探明钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性的影响,通过离心模型试验,着重研究钢管埋深对钢管混凝土复合桩桩侧摩阻力、桩端阻力等因素的影响。结果表明:钢管混凝土复合桩的上部钢管段(钢护筒)合理埋深为桩长的1/3,当钢管段埋深小于1/3桩长时,钢管混凝土复合桩的桩侧摩阻力会出现双峰现象,当钢管段埋深大于1/3桩长时,钢管混凝土复合桩的桩侧摩阻力双峰现象将逐渐消失;根据钢管混凝土复合桩的竖向承载特性,提出适用于钢管混凝土复合桩的竖向极限承载力计算公式,以期为钢管混凝土复合桩的设计与施工提供理论指导。

竖直地埋管地源热泵施工中的若干问题探讨

分析了竖直地埋管地源热泵施工中存在的一些问题,包括U形地埋管成品弯头的选用、U形管管卡设置、排水沟和泥浆池设置、埋管井间距的确定、埋管井的回填等,给出了解决办法。

寒区不同材质垂直埋管测温方式差异性分析

寒区土壤温度场观测多采用垂直埋管方式,常用管材有铁管、PVC管、PPR管、PE管等,在实践中发现同一地点不同材质测管所测温度场存在较大差异.为研究几种常用测温管材测试值的差异性,2014年11月3日至2015年4月29日对四种材质垂直埋管与土壤直埋传感器的测温方式进行了现场比对试验.结果表明:(1)不同材质垂直埋管因其物理性质的差异,在测温过程中对温度场有不同程度的影响,PVC管和PPR管的测温值分别偏高于相应土层温度约0.8℃和0.3℃,而铁管和PE管则分别偏低于相应土层温度约0.4℃和0.6℃.(2)管材中温度场数据与土壤温度场数据相关性由高到低排序为:铁管>PPR管>PVC管>PE管.(3)通过最小二乘法,求得铁管-土壤各层埋深温度场的转换系数,并得到铁管-土壤温度场拟合方程,经证实相关性显著.

基于有限元法的垂直地埋管换热器传热研究

根据能量守恒原理,对地埋管换热器建立二维传热模型。运用Ansys热分析软件,采用热传导的有限元瞬态分析方法,对地源热泵垂直埋管与回填材料及岩土间的传热进行数值模拟与分析。根据合肥地区某住宅的地源热泵工程的相关设计资料,分析了垂直埋管在岩土中传热的温度场及温度梯度场的影响大小及范围,对地埋管在1个周期运行后对岩土体的温度恢复情况的影响进行了数值分析,结果表明:对于地处夏热冬冷的合肥地区,较适宜应用地源热泵系统,岩土温度的自平衡性较好。

水利水电行业回填钢管设计若干问题探讨

回填钢管在水利水电行业应用逐渐增多,但是国内该行业中尚未有关于回填钢管的设计规范。通过对比分析CECS规范、日本规范和ASCE规范,对回填钢管设计中的荷载计算及组合、弯矩计算、允许应力和安全系数等内容进行探讨。研究表明:3种规范所采用的设计理论、设计思路基本相同,但在荷载计算、荷载组合、内力计算等方面存在差别,适用于不同的情况;考虑到水利水电行业回填钢管通常管径大、内压高、刚度小的特点,在设计时建议考虑管重、水重及外水压力等荷载,内水压力的计算宜遵循水利水电行业规定,采用棱柱荷载计算管顶竖向土压力;建议参考日本规范,在弯矩计算公式中直接加入内水压力项,定量计算内水压力对弯矩的折减作用。

北京市某大学混合式地源热泵系统设计

以北京某大学混合式地源热泵空调系统为例,对混合式地源热泵系统的设计、施工、自控及运行情况作了较详细的论述。

巷帮立式预埋管抽放法治理隅角瓦斯

为排除隅角瓦斯的安全隐患,通过对上隅角瓦斯来源、采空区瓦斯运动规律的分析,提出了巷帮立式预埋管抽放方法。在与其他抽放方法对比分析的基础上,设计了借助辅助措施的联合治理方案。经过双鸭山集贤煤矿生产实践,结果表明,该方法施工工艺简单、成本低、安全可靠、易于管理,有效地治理了隅角瓦斯,保证了采煤工作面安全生产,提高了开机率,在技术和经济上可行。

U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

在单根U型垂直埋管周围土壤传热模型的基础上建立管群的传热模型。通过MATLAB软件中的PDE工具箱求解U型垂直埋管管群周围非稳态温度场。通过对夏季制冷工况的模拟,确定一定条件下管群间的热干扰及其发生时间,定量预测热干扰的程度及其结果。通过对管群间热干扰的分析,提出解决方案,为U型垂直换热埋管的地下管群的设计提供参考依据。

基于小主应力轨迹的上埋式涵管竖向土压力非线性描述

针对上埋式涵管竖向土压力的非线性描述,考虑土拱效应和管土相对刚度的影响,建立了圆弧、抛物线和偏转角线性变化3种小主应力轨迹下上埋式涵管竖向土压力的非线性解答,继而结合等沉面高度确定给出应用步骤,并对比文献模型试验、现场实测和数值模拟验证了正确性和适用性,最后进行工程选用探讨。研究结果表明:所得解答合理呈现了上埋式涵管竖向土压力沿水平方向的非线性变化,具有广泛的理论意义和工程应用价值;3种小主应力轨迹解答的适用范围不尽相同,圆弧小主应力轨迹解答对低填方的刚性涵管和柔性涵管均有很好的适用性,偏转角线性变化小主应力轨迹解答常提供稍偏保守的土压力载荷,抛物线小主应力轨迹解答可应用于高填方柔性涵管但易出现明显的高估。