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《土壤通报》2017,(6):1338-1346
为了探讨不同因素对竖直U型地埋管周围土壤传热规律影响,在试验验证基础上,基于有限元分析法建立二维非稳态物理数学模型,分析了土壤类型、地埋管管径、热流密度、地埋管管脚间距和热泵运行模式对竖直U型地埋管周围土壤温升率和热作用区域的影响。研究表明:地埋管附近土壤温升率随热泵运行时间的增加呈现先迅速增大后下降最后趋于稳定的变化规律;热作用区域随热泵运行时间的增加而增加;轻土适合作为地源热泵长期运行的蓄热材料;土壤温升率及热作用区域均随地埋管管径和热流密度的增加而增加;热泵间歇运行时,土壤温升率曲线表现为先上升后下降,且随热泵开停比的减小而减小。在本研究计算条件下,地埋管管脚间距宜取120 mm。经试验验证,本研究所建模型吻合度较好,其最大误差为1.4%。 相似文献
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《土壤通报》2020,(2):315-324
建立柱热源的分层土壤地埋管传热模型,利用分层岩土热响应试验验证模型的准确性,并与均质土壤模型比较分析了不同工况下地埋管换热器的传热特性。结果表明:使用均质土壤模型分析地埋管换热器传热特性会低估该埋管系统的换热能力,在变进口流体温度、变进口流体流速和变管径工况下,用均质土壤模型估算的单位管长换热量及钻孔平均导热系数,比分层土壤模型估算值分别低7.00%和6.62%、6.20%和6.19%、6.57%和6.56%;由于分层土壤模型考虑了土壤热物性沿埋管轴向分布、土壤温度也呈分层非均匀分布的特点。分层土壤、均质土壤模型模拟的最大热作用半径基本相同,且随着模拟时间的延长,分层土壤模型模拟土壤温度场温度分布呈均匀化趋势。由此可见,分层土壤模型可更好的揭示土壤热特性、热传导及热分布规律,将其应用于不同实际工况的系统设计计算可为工程量和工程费用的合理估算提供支持。 相似文献
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土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定 总被引：3，自引：3，他引：0
在土壤源热泵系统现场热响应试验时,复杂的现场状况会影响热响应试验中恒加热功率的实现,结合测试现场的实际状况,该文提出了非稳态热流工况下确定岩土热物性参数的方法。通过建立非稳态热流热响应试验系统模型,实施系统优化,使地埋管换热器进出水平均温度计算值和实测值的平方和最小,确定最优的岩土导热系数和容积比热容2个参数。对比同一测试地点的恒热流和非稳态热流热响应试验确定的2个热物性参数的结果,非稳态热流工况系统优化方法确定的岩土导热系数的相对误差为1.2%,容积比热容的相对误差为0.7%。同时,在非稳态热流工况下,利用系统优化方法确定热物性参数可适当缩短热响应试验的测试时间,降低了测试成本,为土壤源热泵系统热响应试验的实施和岩土热物性参数的确定提供了重要参考。 相似文献
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模式搜索算法在地埋管换热器热阻确定中的应用 总被引：3，自引：3，他引：0
为了准确确定土壤源热泵系统地埋管换热器的热物性参数和热阻,该文以地埋管换热器线热源模型为基础,结合土壤的热响应试验,提出了一种应用模式搜索算法确定土壤综合导热系数和地埋管换热器热阻的方法。搜索算法实施时,热阻作为一个待定参数,不必考虑换热器的各项物理参数,降低了运算工作量。试验实测结果表明,应用模式搜索算法后该文试验条件下确定的土壤综合导热系数的相对误差为1.42%,热阻的相对误差为1.73%;通过与其他方法比较,模式搜索算法确定的参数的相对误差较小,算法精度较高,可靠性较高;该研究结果为土壤源热泵系统的设计与应用提供参考。 相似文献
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土壤蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟 总被引：2，自引：1，他引：1
为探索内蒙中部地区地源热泵蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度变化特性,以垂直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立了二维非稳态传热物理数学模型。在与试验结果进行验证的基础上,对土壤蓄热、放热和蓄热-放热耦合过程进行模拟研究。分析了热作用半径、单位管长换热量和土壤温度随热泵运行时间及运行模式的变化规律;单一条件下的蓄热、放热以及蓄热-放热耦合模式下土壤热平衡问题,探讨了流体入口流速、温度、土壤类型和热泵运行模式等因素对土壤温度场的影响。研究结果表明:热作用半径随蓄热时间的增加而增大且逐渐趋于平缓,热泵运行25和28 d后,热作用半径分别为3.3和3.4 m;流体入口温度对热作用半径及单位管长换热量影响较大但流体流速影响较小,流体入口温度和速度分别为40、60℃和0.6、1.2 m/s时,对应热作用半径分别为3.7、4.5和3.5、3.6 m。合理的间歇运行模式对换热量及埋管周围土壤温度的恢复均有改善;土壤导热系数越大土壤温度恢复时间与效果越佳,土壤导热系数为3.1 W/(m?K)时恢复后温度为9.3℃(土壤初温9.5℃)。此外,蓄热-放热耦合模式下换热量不等对土壤热平衡具有较大影响。试验验证表明,所建模型具有一定的准确性其相对最大误差为5.35%。 相似文献
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相变材料回填地埋管换热器蓄能传热特性 总被引：2，自引：1，他引：1
为了探讨相变回填材料固液相变对地埋管换热器蓄能传热性能的影响,建立了带有相变的垂直U型埋管换热器传热数学模型,并利用显热容法对相变材料的相变问题进行了处理。基于模型的数值求解,分析了夏冬季运行工况下相变材料固液相变对U型埋管换热器蓄能性能及其周围土壤温度热响应特性的影响规律,结果表明：同样条件下,相变材料固液相变会减缓埋管周围土壤温度变化趋势,缩小埋管热影响区域;夏季工况采用较低相变温度、冬季采用较高相变温度的相变材料均可以明显改善其换热效果,同时相变潜热大的相变材料可以明显增加地埋管的蓄能效果。研究结论对于缓解土壤热影响区域、改善地埋管换热器的蓄能传热性能具有重要意义。 相似文献
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方便米饭微波复热过程温度分布的尺寸效应 总被引：3，自引：1，他引：2
为了更好的将微波加热技术应用于食品的复热过程,解决受热过程“冷点”的出现,该文运用微波工作站和光纤探针在线监测的方法,结合轴线分析与温度变化系数计算,综合考察了尺寸效应对冷藏方便米饭微波复热过程中温度分布的影响。结果表明：在相同半径下,随高度/直径比（L/D）的增加,米饭内部高温点由中心向周围转移;在L/D≤0.75时,半径增大导致高温点向几何中心区域集中;在0.75≤L/D≤1.25时,半径增大温度热点向边角和表面转移。基于标准偏差的温度变化系数（COV）分析温度均匀性,得出微波加热均匀性最好的圆柱型米饭为半径4?cm、高度4?cm。通过对微波复热米饭过程的温度场进行数值模拟,发现预测与试验结果具有较高的匹配度,决定系数R2在0.990～0.999。 相似文献
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塔里木盆地裸地潜水蒸发计算模型 总被引：4，自引：2，他引：2
为了研究潜水蒸发规律,提高对极限蒸发强度和极限埋深等关键问题的认识,本研究根据中国科学院阿克苏水平衡试验站1990年至1996年裸地潜水蒸发及水面蒸发资料,通过分析潜水蒸发计算模型的控制条件,建立了新的潜水蒸发计算模型。研究结果表明：所建立的模型符合控制条件,对于给定的潜水埋深,潜水蒸发强度随水面蒸发强度的增大而非线性增加,当水面蒸发强度趋于无穷大时,潜水蒸发强度应趋近于潜水极限蒸发强度;潜水蒸发极限埋深在理论上不存在。本文建立的裸地潜水蒸发计算模型结构合理,克服了当大气蒸发力较大时过高估计潜水蒸发量、潜水蒸发随水面蒸发的增大而线性增加的缺点。模型计算精度较高,可供相似地区参考使用。 相似文献
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以地源热泵技术在寒区设施农业中的应用为背景,开展地下换热器低温冻胀特性研究。通过岩土埋管冻胀试验,基于冻结半径追踪和管体应变测量,开展冻结区发展规律以及埋管变形收缩特性的研究,对比砂土基和黏土基回填料对冻胀的影响,并进一步考察换热管容积与流阻变化。结果表明,冻结区在进出水2管中心连线方向发展速度大于其垂直方向,受冻胀影响,U型换热管产生椭圆化变形与收缩,砂土基回填比黏土基回填具有更大的冻结范围,但前者换热管变形和收缩程度却小于后者。换热管在100 h内持续由0降至-10℃后,测得管容积减小率为0.4%,流阻增大率为6.5%,由此可知,埋管冻胀的变形与收缩成为循环流量减小和系统效率下降的原因之一。 相似文献
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垂直下降管内陶瓷球流动与传热的试验 总被引：1，自引：1，他引：0
为研究下降管式生物质热裂解反应器内陶瓷球的流动与换热规律,在一内径60 mm,长1.6 m的垂直管上利用粒子图像测速仪进行了陶瓷球流场测试和1.0、1.2、1.4 kg/min质量流量下90℃陶瓷球与室温空气的对流换热试验,分析出了陶瓷球在下降管内的滞留时间和陶瓷球与空气对流换热系数的计算方法。流场试验表明：轴向速度随下降距离增大而增大;任意下降距离处,在靠近管壁半径的15%距离内,陶瓷球的轴向速度逐渐增大,直至达到最大值后不再变化;边壁附近的径向速度变化较大,中心速度基本为零。换热试验表明：不同陶瓷球流量下的对流换热系数基本相同,利用Ranz-Marshall公式计算出的换热系数比理论分析计算的小;根据理论计算的换热系数和试验数据,回归出的努谢尔数与雷诺数的关系式为： ;在60～550℃范围内,利用回归式计算的换热系数与空气温度成线性关系,并随温度升高而增大。 相似文献
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为了探讨不同因素对桩基螺旋型地埋管换热性能的影响,建立了桩基螺旋型地埋管换热器的传热数学模型,分析了桩基直径、桩基深度、螺旋管组数、土壤类型对桩基螺旋型地埋管换热量及土壤温度分布的影响,结果表明:增加桩基直径有利于改善桩基的蓄热能力、提高螺旋型埋管的换热性能,但是单位管长换热量会减小,因此,桩基直径不可无限制增加;桩基深度的增加有利于提高桩基螺旋型埋管换热器的换热量,而且对单位长度桩基的换热量影响很小,因此,可以通过增加桩基深度来提高换热量;同样条件下,黏土、砂土、砂岩中砂岩最有利于桩基换热器换热,土壤温度上升速率和幅度最低,而黏土换热效果最差,土壤温度上升速率最快;此外,螺旋管组数越多,换热器换热量越大,但是单位管长换热量会大幅下降。试验验证表明:所建桩基螺旋埋管模型预测出的换热量与土壤温度值与对应试验值吻合较好,其最大相对误差分别在9.7%与9.2%以内。 相似文献
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准确获取管群换热器在复杂土壤中的传热情况,有利于合理设计地源热泵系统。该研究建立了考虑地下水渗流的三维管群分层数值模型,通过引入区域热效率(E)和动态性能损失(Dynamic Performance Loss,DPL)2个指标,评估不同因素对渗流作用下管群在分层岩土中传热的影响。结果表明:当渗流速度为100m/a且渗流层厚度较大时,管群在分层岩土中的传热可以简化为在均质岩土中的传热;通过调整不同导热系数的土壤层的位置和厚度,管群区域热效率的变化可以忽略不计;变等效入口流速和变入口温度的变化对管群区域热效率的影响可以忽略。在渗流速度为100 m/a、连续运行2 000 h、管间距为3 m的叉排管群,下游DPL仅比管间距为6 m的顺排管群高1.27个百分点。因此,当渗流速度为100 m/a且渗流层厚度较大时,建议顺排和叉排的管间距分别为4和3 m。此外,渗流速度越大,管群的区域热效率越大,DPL越低,且趋于稳定的速度越快。研究结果可为合理设计热渗耦合分层土壤中的地埋管管群以及有效缓解土壤热堆积提供参考依据。 相似文献
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基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性 总被引：1，自引：1，他引：0
为建立井群换热快速求解模型并研究其热干扰特性,提出了一种基于解析-数值计算的混合解模型,以16井群为研究对象,通过试验和数值模拟的方法研究了井群热干扰特性。研究结果表明:随着换热的进行井群中各井间产生热干扰并逐渐增强,同一运行时刻中井受热干扰程度最大、边井次之、角井则最小;由于井间热干扰的影响,角井换热能力最大、井壁温度最低,边井换热能力和井壁温度居中,中井换热能力最小、井壁温度最高,则运行90 d时角井换热量比边井大6.5%,边井换热量比中井大7.1%;角井对井群换热量的贡献率随换热时间延长逐渐增加,中井对井群换热量的贡献率则逐渐减少,而边井对井群换热量的贡献率基本不变。 相似文献
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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。 相似文献
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日光温室墙体与地面吸放热量测定分析 总被引：23，自引：14，他引：9
为研究日光温室土质后墙与地面对室内的放热情况,测定了晴、阴天气条件下土质后墙和地面的表面温度及热通量。结果表明,单位面积墙体与地面各自的放热量与室内太阳辐射密切相关,晴天夜间单位面积墙体放热量为 1.90 MJ/m2,地面放热量为1.36 MJ/m2,而阴天夜间单位面积墙体放热量为0.76 MJ/m2,地面放热量为1.34 MJ/m2。对于单位面积墙体和地面而言晴天墙体放热量大于地面,阴天地面放热量大于墙体,无论晴天与阴天地面全天放热总量总是大于墙体释放总量,且地面对周期热量变化的缓冲大于墙体。 相似文献
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相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善 总被引：21，自引：14，他引：7
该文以北京市郊区某蔬菜种植基地日光温室为研究对象,将所研制的新型相变蓄热墙体材料应用于日光温室北墙内表面,通过提高温室墙体太阳能集热与蓄热能力,达到提高太阳能热利用效率和改善日光温室热环境的目的。采用40mm厚相变蓄热墙体材料板的试验温室与同尺寸的普通砖墙的对照温室比较,2010年12月21日至2011年1月18日的比较试验结果表明:草帘开启时段(白天),前者后墙表面温度平均提高1～2.7℃,耕作层(0～20cm)土壤平均温度提升0.5℃,室内环境平均温度提升0.2～2.1℃;草帘关闭时段(夜间),试验温室后墙表面温度平均提高2.1～4.3℃,耕作层土壤平均温度提升0.5～1.4℃,室内环境平均温度提升1.6～2.1℃。所研制的相变蓄热墙体材料较好地改善了温室作物生长热环境,提高了日光温室的太阳能热利用率。 相似文献