U型埋管传热数值模拟及恒热流模型分析

合集下载

垂直U型管式埋地换热器热阻分析

关键词：土壤源热泵导热模型ｌｉｈｅＢｏｒｅｈｏｌＲｅｓａｎｃｅｎｔｅｒｉｔｅｓｉｔｉｈｅＶｔｃａｌＵ－ｕｂｅＨｅａｔ
Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｆａ月ｉｎａｄｈｕＹｓｎｗｅｎＺｏａｕ
ＶｓａＢｓｉｌｉｃ语言设计了一套地源热泵的设计分析优ｕｉ化软件。
ｌ垂直式埋地换热器的管井热阻模型比较
１管井热阻的稳态导热模型．１
．
该模型是建立在一维稳态导热理论上，以回填土
导热系数，管井直径，几何形状等为基本参数，引入导
ｓｄｗａｌｔｍｐｒｔｒｕｅｗｅ１ｉｅｌｅｅａｕｅｏｆｔｂ－ｌ．Ａｃｏｄｎｏｄｓｇｏｔｒｅｏｒｕｏｃｅｔｐｐ，ｔｅｅｅｔｆｂａｋｆｌｃｒｉｇｔｅｉｎｓｆｗａｆｇｏｎｄｓｕｅｈａｕｒｍｈｆｃｓｏｃｉｌｍａｅｉｌｄｔｅｍｏｈｓｃ，ｕｅｗｅｌｄＵ—ｕ，ｅｒｇｏｔｙｃａａｔｒｉｅｔｅｍａｅｉｔｎｅａｅａａｙｅ．ｔｒａｒｐｙｉｓｔｂ－ｌａｔｂｔｉｅｍｅｒｈｒｃｅｔｒｌｓｓａｃｌｚｄｎａｈｎｅｈｎｈｈｒｒｎＫｅｙｗｏｒｓ：ｒｕｏｃｅｔｕｐｈｅｔｔａｓｅｄｇｏｎｄｓｕｅｈａｐｒｍ，ａｒｎｆｒｍｏｅ，ｏｄｃｏｈｐｅｆｃｏ，ｅｉｏｔｒｅｄｌｃｎｕｔｎｓａｉａｔｒｄｓｇｓｆｗａｓｎ

垂直U型地埋管换热器性能的动态仿真

总756期第二十二期2021年8月河南科技Journal of Henan Science and Technology垂直U型地埋管换热器性能的动态仿真代兰花肖瑶瑶（常州工学院，江苏常州213032）摘要：本文基于圆柱内热源理论建立了垂直U型地埋管换热器的数学模型。

在MATLAB软件中建立了垂直U型地埋管换热器的动态仿真平台。

利用该仿真平台研究进口温度、进口流速、钻井深度、回填材料、土壤以及间歇运行时间比等因素对垂直U型地埋管换热器换热性能的影响规律。

结果表明，在一定范围内提高进口温度可以提升垂直U型地埋管换热器的换热性能；当进口流速为0.4～0.6m/s时，增大进口流速可以有效提升垂直U型地埋管换热器的换热量；钻井深度越深，钻孔总换热量增加明显，单位钻孔深度换热量略微减小；但随着运行时间的增加，回填材料导热系数对换热的影响逐渐降低；土壤的导热系数越大，垂直U型地埋管换热器的换热量越大；采用间歇运行的方式可以提升垂直U型地埋管换热器的换热性能。

关键词：垂直U型地埋管换热器；动态仿真；影响因素；换热性能中图分类号：TU831.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）22-0104-06 Dynamic Simulation on the Performance of Vertical U-Shaped Buried PipeHeat ExchangerDAI Lanhua XIAO Yaoyao（Changzhou Institute of Technology，Changzhou Jiangsu213032）Abstract:In this paper,a mathematical model of the vertical U-shaped borehole heat exchanger is established based on the theory of the heat source inside the cylinder.The dynamic simulation platform of the vertical U-shaped buried pipe heat exchanger is established in MATLAB software.The simulation platform is used to study the influence of fac⁃tors such as inlet temperature,inlet flow rate,drilling depth,backfill material,soil,and intermittent operation time ra⁃tio on the heat transfer performance of the vertical U-shaped buried heat exchanger.The results show that increasing the inlet temperature within a certain range can improve the heat transfer performance of the vertical U-shaped bore⁃hole heat exchanger;when the inlet flow velocity is0.4～0.6m/s,increasing the inlet flow velocity can effectively in⁃crease the heat transfer of the vertical U-shaped borehole heat exchanger;the deeper the drilling depth,the increase in the total heat transfer of the borehole is obvious,and the heat transfer per unit depth of the borehole slightly de⁃creases;however,as the operating time increases,the thermal conductivity of the backfill material gradually reduces its impact on heat transfer;the greater the thermal conductivity of the soil,the greater the heat transfer of the vertical U-shaped buried heat exchanger;the use of intermittent operation can improve the heat exchange performance of the vertical U-shaped borehole heat exchanger.Keywords:vertical U-shaped boried pipe heat exchange；dynamic simulation；influencing factors；heat transfer per⁃formance地源热泵技术的重点是设计出高效的地埋管换热器，地埋管换热器直接影响了整个系统的效率。

埋地管道土壤温度场的数值模拟

以往，计算埋地管道周围的非稳态温度场，多大是在简化条件下得到的，采用线热源法、量环如当法、拉索维茨基所得到的解析式。克由于这几种方法都假设输油管道在常输过程中的传热为稳定过程，
温降过程和变壁温变热流的停输再启动加热过程
假设条件与实际情况不符，以计算结果与实际有所较大误差，具有一定的局限性。ｏ９年代以后，人们对埋地管道周围土壤温度场的研究有了一些深入。李长俊等［根据半无穷大土壤不稳定传热模型，导】］推
管道周围温度场；晓萍［在计算埋地管道温时，张４］利用杜海默叠加原理，用第三类边界条件线热源加采热土壤，考虑热油管道历史、壁闭温热流的停输再变
埋地管道在输油工程中应用广泛。原油在埋地管道输送过程中，需要加热来降低原油的粘度。于对各种输油管道，降低输油温度是一项有效的节能降耗措施。由于外界非环境的影响，但不能准确地确定管道在不同地域条件、同时间的温度场变化情况，不
显。
关键词：型；度场；模温土壤；油管道热中图分类号：７．１ＴＥ９３９文献标识码：Ａ文章编号：０６７８（００１ — ０４— ０１０－９１２１）５０９３差分方程组，到了问题的数值解；丽萍等［考虑得庞３到大气温度季节性变化及大地本身恒温层对输送热介质管道的影响，同时考虑了管道周围土壤热物性非均匀的因素，立了传热数学模型。采用数值计建并算方法求解出季节性温度变化影响下的输送热介质

双U型地埋管换热器换热性能模拟分析

第52卷第6期2021年6月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.6Jun.2021双U 型地埋管换热器换热性能模拟分析杨培志1，陈嘉鹏1，陈君文2，李明3(1.中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083；2.中航长沙设计研究院有限公司，湖南长沙，410014；3.湖南凌天科技有限公司，湖南湘潭，410005)摘要：针对垂直双U 型地埋管换热器，在MATLAB 平台上建立热渗耦合作用下地埋管换热器的三维数值传热模型，并通过岩土热响应试验验证该模型的正确性。

基于建立的三维数值传热模型，分析U 型管内水流速度、回填材料热物性参数、地下水渗流速度及地下水水位对地埋管换热器换热性能的影响。

研究结果表明：当U 型管内水流速度从0.1m/s 增大到0.2m/s 时，可以明显提高地埋管换热器的换热性能；与增大导热系数相比，增大容积比热对提升地埋管换热器换热性能不明显；当地下水渗流速度从0m/a 增大到35m/a 时，地埋管换热器与土壤的换热效果明显；地下水位对地埋管换热器换热性能有较大影响。

关键词：地埋管换热器；三维数值传热模型；地下水渗流；岩土热响应试验中图分类号：TK52文献标志码：A文章编号：1672-7207（2021）06-1733-06Simulation and analysis of heat transfer performance of doubleU-tube ground heat exchangersYANG Peizhi 1,CHEN Jiapeng 1,CHEN Junwen 2,LI Ming 3(1.School of Energy Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.China Aviation Changsha Design and Research Co.Ltd.,Changsha 410014,China;3.Hunan Linten Science and Technology Co.Ltd.,Xiangtan 410005,China)Abstract:A three-dimensional numerical model of double U-tube ground heat exchangers (GHEs)was presented with heat transfer and groundwater seepage in MATLAB platform,which was verified by rock-soil thermal response test.Based on the established three-dimensional numerical heat transfer model,the influence of flow rate of U-shaped tube,thermophysical properties of grout,seepage flow rate and groundwater level on heat exchange performance of GHEs was analyzed.The results show that when U-tube water flow rate is from 0.1m/s to 0.2m/s,DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.06.001收稿日期：2021−01−10；修回日期：2021−03−15基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金面上资助项目(51276226)(Project(51276226)supported by the National NaturalScience Foundation of China)通信作者：杨培志，博士，副教授，从事制冷与空调技术的开发及应用研究；E-mail:*******************.cn引用格式：杨培志,陈嘉鹏,陈君文,等.双U 型地埋管换热器换热性能模拟分析[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(6):1733−1738.Citation:YANG Peizhi,CHEN Jiapeng,CHEN Junwen,et al.Simulation and analysis of heat transfer performance of double U-tube ground heat exchangers[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(6):1733−1738.第52卷中南大学学报(自然科学版)the heat transfer performance of the buried tube heat exchanger can significantly be improved.Increasing the volume specific heat to enhance the heat transfer performance of buried tube heat exchanger is not obvious compared to increasing the thermal conductivity.When groundwater percolation rate is from0m/a to35m/a,the buried tube heat exchanger with soil′s heat transfer effect is obvious.The depth of the groundwater level on the buried tube heat exchanger has greater impact on the heat transfer performance.Key words:ground heat exchangers;3D numerical model;groundwater seepage;rock-soil thermal response test随着全球能源与环境问题的日益突出，能源的高效利用与环保已经越来越受到人们的重视。

冷库中冷却排管恒热流条件下的数值模拟与分析

翅片夹角。 ’ ４翅片因素不变的情况下，ｌｍ对Ｏｍ到７ｍ０ｍ不等的７种翅高的翅片管进行数值计算。外部壁谣平均温度随着翅高的增大不断的增大，但变化率却越来越小。主要原因是随着翅高的增加，换热面积不断的增加，因为热流恒定，以单所位面积上的制冷量就变小了，外壁面上单位面积分布的冷量变小了，导致了平均壁面温度的增大。外壁面平均温度也是反映翅片管换热性能好坏的一个因素。随着翅片高度从ｌｎｌＯｍ增加到７ｒｍ，０监测点的温度也有了明显的下降，ａ仅从这点来考虑，翅高为７ｒ０ｍ时的冷却效果最好。ａ进一步观察，我们可以看到，虽然监测点的温度是逐渐下降的，而在翅高为１～０ｎ然０５ｎｎ区间，下降的速度是很快的，０７ｍ５～０ｍ区间，监测点的温度基本保持不变。固然温度越低，对冷库的整体制冷效果越好，但是从经济性考虑，我们认为翅片高度为５ｍ０ｍ合理。３翅片夹角的影响通过上面分析，我们确定了最优的翅高为５ｍ，下面我们将改变下部两翅片的夹角０对０ｍ，ｌ。７。Ｏ到Ｏ７种夹角的翅片管进行计算。随着夹角大小的增加，外壁面平均温度不断增大，但变化率却越来越小。这是由于夹角过小时，翅片与基管所围成的通道会过于狭窄，对散热非常不利，以冷所量都集中在翅片管壁而无法与周围热流体进行热交换。我们对所设定的监测点进行观察。随着翅片夹角从ｌ。加到７。Ｏ增Ｏ，监测点的温度也随之下降，仅从这点来考虑，翅片夹角为７。Ｏ时的冷却效果最好。进一步观察，我们可以看到，虽然监测点的温度是逐渐下降的，然而在夹角为１ｏ５。ｏ～Ｏ区

地源热泵地埋管换热系统热堆积分析

收稿日期:2007-07-09作者简介:胡平放(1963-),男,江西新余人,副教授,研究方向为可再生能源利用及空调节能、地源热泵理论与技术,pingfan ghu21@ 。

基金项目:武汉市科技计划项目(20066002051);武汉市建设科研项目(200624)。

地源热泵地埋管换热系统热堆积分析胡平放1,　朱　娜1,　袁东立2,　江章宁1(1.华中科技大学　环境科学与工程学院,湖北　武汉　430074;2.中国建筑科学研究院,北京　100013)摘　要:针对一高层住宅负荷进行计算分析,应用F luent 软件模拟该住宅小区地源热泵系统整个地下的埋管温度场情况,分析排热量与取热量比值不同的情况下,地下温度逐年变化趋势,模拟若干年后地下土壤的温度变化,与初始值比较,发现温度有不同程度的上升,将这些堆积的热耗散掉所需要的时间较长,提出地源热泵系统地下热堆积问题的解决方案。

关键词:地源热泵;　垂直U 型埋管换热器;　热堆积中图分类号:T U 833+.3 文献标识码:A 文章编号:1672-7037(2008)01-0024-04 地埋管地源热泵系统近年来在国内得到广泛应用[1～3],其热堆积问题也开始引起人们关注,但具体研究分析很少[4～6]。

本文通过一具体工程实例的模拟,分析热堆积问题对地埋管换热系统的影响,探讨解决方案。

1　工程概况江苏某市一期高层住宅小区建筑面积约5.8万m 2,空调区面积约53770m 2,其中1#楼、2#楼和4#楼为11层,3#楼和5#楼为9层,均带地下车库。

每栋楼的朝向略有不同,大致为东西向。

该住宅小区定位为中高档,夏季室内设计温度为26℃,相对湿度小于60%;冬季室内设计温度为22℃,相对湿度大于40%。

采用单U 型埋管的地源热泵系统,末端装置用天棚辐射加独立的新风系统。

2　负荷分析设计需要计算出整个园区全年围护结构和新风的负荷,选定eQuest 软件计算负荷。

2.1　建模直接导入经过处理的CAD 平面图,为了简化模型,居住区中不同用途的各个区合并为一个区,最后将每层分为空调区(居住区)和非空调区(走廊区)。

地热井U型管周围土壤温度场的ANSYS模拟

第３Ｏ卷
第２期
世
界
地
质
Ｖ０．Ｎｏ２１３Ｏ．
２１年６月０１
ＧＬＡＬＧＥ０ＬＯＢＯＧＹ
Ｊｎ：１００４— ５８（０１２— ００一Ｏ５９２１）０３１６
地热井Ｕ型管周围土壤温度场的ＡＳＳ模拟ＮＹ
Ａｂｓｒｔ：Ｈｅｔｔａｓｅｅｗｅｎｐｐｅｔｅｃａｇｒａｏｋｉｏｌｘｐｏｅｓｎｎｔｌｍｅｔｓｍｕｔａｃａｒｎｆｒｂｔｅｉｅｈａｘｈｎｅｎｄｒｃｓａｃｍｐｅｒｃｓ，ａｄｆｉｅｅｅｎｉ — ｉｌｔｏｔｏｓａｆｃｉｅｍｅｈｄｔｎｌｚｈｓｐｏｅｓａｉｎｍｅｈｄｉｎｅｅｔｔｏｏａａｙｅｔｉｒｃｓ．Ｔｈｏｇｈｏｖｒｕｈｔｅｃｍｐａａｉｅａｌｓｓｔｗｏｄｍｅｓｏａｒｔｖｎａｙｉｏｔ — ｉｎｉｎｌｓｎｌｌｍｏｌｈｕｈｒｓａｌｈｔｄｍｅｓｏｌｍｕｔ— ｌａｒｎｆｒｍｏｅ，ｔｅｅａｅｎｎａｔｒｇｉｇｅｗｅｌｄｅ，ｔｅａｔｏｓｅｔｂｉｗｏ— ｉｎｉｎａｌｉｗｅｌｈｅｔｔａｓｅｄｌｈｒｉｅｈｅｔｓｏａｅｓｓｒｗｅｌｔｎｅｖｌｏｔｒｏａｈ．Ｔｈｅｔｔａｓｅｒｃｓｆｔｉｄｌｆｌｏｈｌｓｉｅｔｔａｓｅｈｏｌｓｗｉｈｉｔｒａｆ４ｍｅｅｓｆｒｅｃｅｈａｒｎｆｒｐｏｅｓｏｈｓｍｏｅｏｌｗｓｔｅｃａｓｃｈａｒｎｆｒｔｅ — ｒ．ＡｃｏｄｎｏｔｙｃｒｉｇｔｈｅＡＮＳｒｄｄｉｉｉｎｐｒｎｉｌＹＳｇｖｓｏｉｃｐｅ，ｓｌｔｎｒｇｏｓｄｖｄｄｉｔｈｅｌｔｈｘｍｕｍｄｅｉｏｕｉｅｉｎｉｉｉｅｎｏｔｅｃｌｓｗｉｈｔｅｍａｉｏｅｇ

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

ＶＯ＿７Ｎｏ１ｌ３．Ｊｎ２ｏａ，ｏ７
地源热泵中Ｕ型埋管传热过程的数值模拟
杨卫波施明恒
（东南大学能源与环境学院，南京２０９）１０６
摘要：以钻孔壁为界将ｕ型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分，并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解，区域模型间通过钻孔壁温耦合连接，两以构成完整的埋管传热模型．对于钻孔以外部分，采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温．钻孔以内部分，在考虑埋管流体温度的
ＹａｇＷｅｂｎｉｏＳｉＭｉｇｅｇｈｎｈｎ
（ｃｏｌｆｎｒｙａｎｉｎｅｔＳｕｅｓＵｉｒｔ，ａｊｇ１９，ｈｎ）ＳｈｏｏｅｎＥｖｏｍｎ，ｏｔａｎｅｉＮｎｎ０６ＣｉＥｇｄｒｈｔｖｓｙｉ２０ａ
ｔｎｆｒｍｏｅｓｄｖｌｐｄｂｓｄｏｎｒｙｃｎｅｖｔｎｒｓｅｄｌｅｅｏｅａｅｎｅｅｇｏｓｒａｉ．Ｔｈｙａｃｓｍｕａｉｎｏｈｐｒｔｎａｉｏｅｄｎｍｉｉｌｔｎｔｅｏｅａｉｏｏ
ｂｕｄｒｆｂｒｈｌｌａｄｔｅｔａｔａｅｃｕｌｄｂｅｔｍｐｒｔｒｆｂｒｈｌｌ１Ｂｏｈｏｎａｙｏｏｅｏｅｗａｌｎｈｗｏｐｒｓｒｏｐｅｙｔｅｅａｕｅｏｏｅｏｅｗａ．ｈｔｓａｙａｄｔｎｉｎｅｔｔａｓｅｔｏｒｓｄｔｎｌｚｈｅｔｔｎｆｒｃａａｔｒｔｓｉｓｅｔｄｎｒｓｔｈａｎｆｒｍｅｈｄａｅｕｅＯａａｙｅｔｅｈａｒｓｅｈｒｃｅｓｉｎｉｅａｅｒａｉｃｄａｄｏｔｉｅｂｒｈｌｅｐｃｉｅｙｎｕｓｏｅｏｅｒｓｅｔｌ．ＴｅｔｎｉｎｏｅｏｅｗａｌｅｅａｕｅｉｃｌｕａｅｏｏｅｏｅｄｖｈｒｓｔｂｒｈｌｌｔｍｐｒｔｒＳａｃｌｔｄｆｒｂｒｈｌａｅｂｓｆｔｅｖｒａｌｅｔｆｘｃｌｄｃｌｓｕｃｄｌｄｖｌｐｄｂｓｄｏｈｌｓｉａｏｓｎｙｕｅｏａｉｂｅｈａｕｙｉｒａｏｒｅｍｏｅｅｅｅａｅｎｔｅｃａｓｌｃｎｔｔｈｌｎｉｏｃａｈａｕｙｉｄｉａｏｒｅｔｅｒＡｓｆｒｔｅｒｇｏｎｉｅｂｒｈｌ，ｃｎｉｅｎｈａｉｔｎｏｅｔｘｃｌｒｌｓｕｃｈｏｙ．ｌｆｎｃｏｈｅｉｎｉｓｏｅｏｅｏｓｄｒｇｔｔｎｔｎｅｔｎｅｅｅｃｅｗｅｄａｅｔｅｓａｓａｙｈａｆｉｍｅａｒｌｎｅｌｇｈａｄｔｅｈａｉｔｒｒｎｅｂｔｅｎｔｏａｊｃｎｇ，ｅｄｅｔｕｅｕｏｈｅｈｆｗｌｔ

《地源热泵系统项目工程技术规范标准》GB50366-2005解读

国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366设计要点解析1 前言实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针，可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。

2006年1月1日《可再生能源法》正式实施，地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。

地源热泵系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，但由于缺乏相应规范的约束，地源热泵系统的推广呈现出很大盲目性，许多项目在没有对当地资源状况进行充分评估的条件下就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，为规范地源热泵系统的设计、施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行，更好的发挥其节能效益，由中国建筑科学研究院主编，会同13个单位共同编制了《地源热泵系统工程技术规范》（以下简称规范）。

该规范现已颁布，并于2006年1月1日起实施。

由于地源热泵系统的特殊性，其设计方法是其关键与难点，也是业内人士普遍关注的问题，同时也是国外热点课题，在新颁布的《规范》中首次对其设计方法提出了具体要求。

为了加深对规范条文的理解，本文对其部分要点内容进行解析。

2 《规范》的适用范围及地源热泵系统的定义2.1 《规范》的适用范围该《规范》适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。

它包括以下两方面的含义：（1）“以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质”，意旨不适用于直接膨胀热泵系统，即直接将蒸发器或冷凝器埋入地下的一种热泵系统。

该系统目前在北美地区别墅或小型商用建筑中应用，它优点是成孔直径小，效率高，也可避免使用防冻剂；但制冷剂泄漏危险性较大，仅适于小规模应用。

（2）“采用蒸气压缩热泵技术进行……”意旨不包括吸收式热泵。

2.2 地源热泵系统的定义地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同，分为地埋管地源热泵系统（简称地埋管系统）、地下水地源热泵系统（简称地下水系统）和地表水地源热泵系统（简称地表水系统）。

管道水流速对深层U型地热井采热影响的数值模拟研究

中图分类号：ＴＫ５９２文献标志码：Ａ文章编号：０６７３（０２０ — ５６０１０ — ９０２１）４０８ — ７
地热能是地球内部包含的热能，有两种不同的来源，一种来自地球外部，种来自地球内部，中来一其
压力等变量对换热的影响，用于长度较短的，管对流场有较大影响的换热适弯
管道．由于地源热泵地埋管换热器大都埋于地下数ｒ数十ｍ的地层中＿，ｎ至６岩］
土结构单一，地下水含量很低，以上模型均可以适用．本文的研究对象是井深深达４００ｍ、０两管间间距长达１００ｉ０ｎ的Ｕ型采热井，构如图１所示．结这一深度远超恒温层的厚度，随着深度增加，土温度岩逐渐上升，岩层岩性发生显著变化，下水含量丰富．数值计算中，量的非地在大
采热的理论研究中，埋管换热器的换热模型以ｕ型竖直埋管传热模型为主．地长期以来，国内外研究者大多都采用线热源模型Ｅ或柱热源模型ｌ，ｌｉ＿前者把ｕ２］型管看作无限大均匀固体中的一根无限长线热源，者把ｕ型管看作柱热源，后由于计算简单，工程中被广泛采用．在近年来也出现了运用数值模拟技术进行计算的ｋ热流耦合模型Ｌ］它用ｋ～ｅ３： —ｅ湍流模型模拟管内流场，再计算它对周边岩土的温度影响，模型充分考虑了地埋管的具体形状以及管道中流速、该

单U、双U型埋管换热器传热特征及经济性对比研究的开题报告

单U、双U型埋管换热器传热特征及经济性对比研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业的不断发展，工业生产中需要大量的热能，而传统的热能产生方式往往存在一定的能源浪费。

因此，利用余热进行热能回收已经成为了一种比较普遍的做法。

在热能回收的过程中，热交换是一种常用的方式。

埋管换热器作为一种热交换器，被广泛应用于工业生产和日常生活中的热能回收中。

埋管换热器的传热特性和经济性是非常关键的问题，对于工业生产的能源利用和环境保护具有非常重要的意义。

单U型埋管换热器和双U型埋管换热器是目前应用比较广泛的两种埋管换热器，它们分别具有不同的传热特性和经济性。

因此，对于这两种热交换器的特点和经济性进行比较研究，可以更好的指导工业生产中的能源利用和环境保护，具有非常重要的实际意义。

二、研究内容和目标本文将对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器进行比较研究，主要包括以下内容：1. 对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的传热特性进行理论分析和数值模拟。

2. 通过仿真实验，对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的传热性能进行实验研究。

3. 对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的经济性进行比较分析。

本文的研究目标是比较分析单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的传热特性和经济性，以期为工业生产中的能源利用和环境保护提供科学依据。

三、研究方法和技术路线本文将采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，开展单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的比较研究。

具体技术路线如下：1. 对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的传热特性进行理论分析，并编写数值模拟程序。

2. 利用数值模拟程序对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的传热特性进行模拟计算，得到各自的传热系数、传热功率等相关参数。

3. 设计单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的实验测试装置，完成实验研究，并记录实验数据。

4. 对实验数据进行分析和处理，并与数值模拟结果进行比较。

5. 对单U型埋管换热器和双U型埋管换热器的经济性进行比较分析。

重力热管中传热与流动数值模拟分析及案例比较

重力热管中传热与流动数值模拟分析及案例比较摘要：针对fluent模拟中有三种模型这个事实，本文通过对国内外的热管数值模拟实例的分析比较，总结出fluent中使用的三种模型的差异和适用性，证明了数学模型及求解过程的正确性，为优化重力热管设计参数和提高重力热管的换热性能提供了理论依据。

关键词:重力热管， fluent，数学模型abstract: aiming at the fluent simulation of the fact that there are three kinds of model, in this paper numerical simulation of heat pipe at home and abroad of example analysis and comparison, sums up the use of three kinds of fluent model, and the difference of the applicability, and prove the mathematical model and the correctness of the solving process, to optimize the gravity heat pipe design parameters and improve the gravity of the heat pipe heat exchange performance provides theory basis.keywords: gravity heat pipe, fluent, the mathematical model中图分类号：te08文献标识码：a 文章编号：1．引言随着社会的发展，能源问题己经日趋严重，节能的呼声也日益高涨。

热管作为一种高效传热元件己经在各种热能综合利用场合得到了应用，并体现了巨大的优越性。

中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化陈宏飞，杨富鑫，谭厚章，曹静宇，吴盛源（西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西西安 710049）摘要：在中深层地热地埋管（DBHE ）供热技术应用中，主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。

为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能，本文基于西安市西咸新区典型地质分布，构建了中深层同轴地埋管管群数值模型，研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。

结果表明，多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因；当地埋管间距从5m 增至25m ，平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%；在西咸新区典型地质条件分布下，地埋管间间距应保持在15m 以上；本文提出的四种管群分布中，地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小，其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。

在工程设计中，中深层地埋管管群应尽可能直线排布，避免重叠排布。

关键词：中深层地热；同轴地埋管；管群；换热；冷堆积中图分类号：TK529 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1241-11Heat transfer performance simulation and optimization of deep boreholeheat exchanger arrayCHEN Hongfei ，YANG Fuxin ，TAN Houzhang ，CAO Jingyu ，WU Shengyuan(MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering, Xi ’an Jiaotong University, Xi ’an 710049, Shaanxi, China)Abstract: In the application of the deep borehole heat exchanger (DBHE), the pipe array is composed of multiple DBHEs and used for the building heating. In order to study the heat transfer performance of the coaxial DBHE array, a numerical model was established based on the typical geological distribution in Xixian New Area. The influence of the distance between the DBHEs and their distribution patterns was investigated on the thermal interaction and the attenuation of outlet-water temperature during the long-term heating period. The results showed that the ‘cold accumulation ’ of rock and soil around the DBHE was the main reason for the decline of the heating capacity of the DBHE array year by year. When the distance between the DBHEs increases from 5m to 25m, the average outlet-water temperature of the DBHE and the heat extraction power increased by 3.86% and 11.5%, respectively. Considering the geological distribution in Xixian New Area, the distance between the DBHEs should be kept above 15m. In the four types of DBHE array distributions (cross, circular, polyline, linear), the straight-line distribution exhibited the smallest attenuation in outlet-water temperature and heat extraction power. The outlet-water temperature of the central DBHE only decreased by 5.74%. In the engineering applications, it is necessary to avoid the overlapping arrangement of DBHEs and ensure that they are arranged in a straight line.研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0501收稿日期：2023-03-31；修改稿日期：2023-08-24。

基于Fluent模拟的地埋管周围不同深度土壤温度场变化分析

基于Fluent模拟的地埋管周围不同深度土壤温度场变化分析作者：李坤坤康琳支鹏羽于瑞佼马坤茹来源：《中国房地产业·中旬》2020年第12期摘要：利用Gambit建模软件建立简单的埋管模型，并定义其边界条件，利用Fluent数值模拟软件分别模拟距离埋管中心不同距离处测点温度变化情况，并且在不同距离处设置不同深度的测点，经过为期六年的间歇性连续模拟，最终得出距离埋管中心距离相同时，土壤各测点温度变化趋势因测点的深度不同而不同，且深度越大，温度越低;测点深度相同时，土壤各测点温度变化趋势因测点距埋管中心距离不同而不同，且距离越远温度越低，但是，无论哪一种情况，每年取热完成之后各测点温度都有所升高，即每年完成系统正常运行后土壤温度都有所升高。

关键词：地埋管;不同深度;数值模拟;温度场;变化分析1 引言我国北方寒冷地区污染严重，清洁能源供热逐渐替代燃煤供熱，地源热泵供热得到广泛认可，因为我国北方寒冷地区采暖期比较长，冷热负荷不均衡，长期使用导致地下温度逐渐降低，采暖效果受到影响，一般采用加热器辅助加热，考虑到北方寒冷地区太阳能资源丰富，在非采暖季将太阳能的热量转移到土壤中储存，即解决地下温度场不平衡问题又有效利用清洁能源做到节能减排，顺应时代潮流。

所以对地下温度场进行全面的研究才能让我们更好地掌握和应用该系统。

2 太阳能耦合地源热泵系统2.1 系统组成由图1可以看出，该系统主要可以分为三部分：集热器、蓄热库及热用户。

2.2 系统运行情况2.2.1 在非采暖季节运行情况在非采暖季节，集热器吸收太阳能加热罐中的热水使其高温度，达到设定温度后，启动预埋管道中的热水循环将热量转移到土壤中使其温度升高，土壤用作储热体，以储存冬季取暖的热量。

2.2.2 在供暖季节运行情况2.2.2.1 白天太阳光照射度较高时，集热器收集太阳光的热量通过板式换热器1、2为用户供暖。

在用户需要热量较多时，存储在土壤中的热量可以通过板式热交换器3为用户供热。

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟

Ｆｕｎ软件对模型进行模拟计算，Ｉｅｔ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，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并
与分析。
果反映在Ｒｓ和Ｐｒｅ［ＭｅｚＭｅ＿等人ｏｅａｋｒ ¨、ｔ［及。ｉ３
渗流对地下埋管换热器传热的影响。文对ｕ型本
埋管换热器夏季运行工况进行了数值模拟，值数模拟软件为Ｆｕｎ，ｌｅｔ建模软件为Ｇａｂｔｍｉ。
土壤视为均匀的，向同性的饱和多孔介质，究各研
土壤耦合热泵研究的核心问题集中在埋地换热器与周围土壤间的耦合关系上，涉及到换热器
与土壤两个方面。２自Ｏ世纪７Ｏ年代欧美等国研
究机构对地下埋管的换热过程开展研究，研究成
维普资讯
热科学与技术
Ｇ＾一ｐｃ（）１
第５卷
划分。格划分的原则是在温度场和速度场变化网
的模拟很有效，比ｋｗ模型、相－雷诺应力模型及大涡模拟更节约计算时间。对于管道内流动，Ｒａｉｂｅ￡ｅｌａｌｚ一模型效果更好［。６］
Ｒａｚｂｅ￡ｅｌａｌｉ一模型关于ｋ和￡输运方程如下：
文章编号：１７ —０７２０）４００ —５６１８９（０６０ —３１０

U形管式换热器ppt课件

无温差限制
易清洗
优点
结垢严重场合
高温、高压
易腐蚀场合
U形管束与换热管垂直方向的中心部位存在较大空隙易结垢，流体易走短路使传热效率降低
新型U形管式换热器一定程度上克服了以上缺点
研究步骤、方法及措施
1.检索大量相关资料，对本课题有一个整体的理解和思路。 2.筛选搜集的资料，对本课题的国内外研究动态有一个大致了解，自己形成一个设计大纲。书写开题报告、文献综述和外文翻译。 3.根据课题进行工艺计算和结构设计 4.U形管式冷却器和主要部件强度计算、设计以及附件结构的选择。 5.绘制设计图、装配总图和部件图。 6.书写毕业论文。
强化传热技新型换热器
术
开发
CFD
模型化技术
高技术体系
• 大型化
• 高效率化
选题的依据、意义
• 1、管壳式换热器具有结构坚固、可靠性高、适应性大、材料范围广等优点。
• 2、管壳式换热器仍占换热设备的主导地位，在广大的工业部门，管壳式换热器占整个换热器投资的50%～70%。
பைடு நூலகம் U形管式换热器
U型管式换热器是管壳式换热器中的一种重要类型，应用比较广泛。
研究工作进度
• 1-3周：检索资料，完成开题报告、文献综述、外文翻译初稿；
• 4-10周：进行工艺计算，完成初步方案设计，进行结构设计计算，完成设计说明书。
• 11-15周：中期考核，绘制设计草图，完成装配总图。绘制装置的零部件图；
• 16周：撰写设计说明书毕业答辩。
谢谢老师
目录
1
课题背景
2
国内外研究动态
3
选题的依据、意义
34
U形管式换热器优、缺点

基于Flow Simulation的直埋供热管道热损失模拟分析

2021.10引言直埋供热管道在输热过程中总会对外产生散热，不但造成热量的损失，影响运行经济性［1］，而且会对周边环境产生影响。

如何准确测算管道的散热量是保温管道绝热设计中的一项重要环节。

目前集中供热中应用的直埋供热管道绝大多数为高密度聚乙烯外护套聚氨酯预制保温管，热损失的测试方法主要有表面温度法、热流计量法［2］、估算法、理论计算法等。

前两种方法均需要测得运行中管道表面的实际温度、散热量等数据，对于直埋管道来说获取准确的相关数据较为困难、工作量大，而估算法获得的结果精确性不足，理论计算方法虽相对准确，但计算过程繁琐。

本文利用Flow Simulation有限元分析软件对直埋管道散热过程进行模拟，获得达到稳态后不同保温材质、保温厚度的管道在运行过程中的散热量，指导供热管道的保温绝热设计。

此方法不需要建设实验平台，也不需要对实际管道进行土方开挖进行数据的实测，通过3D模型的仿真即可获得相对准确的结果，具备快速、准确、经济的特点。

1模型的建立1.1管道模型的建立本文采用DN1200直埋预制保温管道为原型，按照1:1比例分别建立长度为1米的供回水预制保温管道三维模型。

管道材质为Q235B碳钢，保温材料聚氨酯泡沫，保护层为高密度聚乙烯，管道保温层厚度及外保护层厚度均为常规标准，具体数据见表1，管道模型见图1。

1.2管道周围土壤模型的建立基于Flow Simulation的直埋供热管道热损失模拟分析天津市城安热电有限公司王平摘要：随着科学的不断进步，计算机数值模拟技术在流体及传热领域的应用越来越普及。

通过建立三维模型，利用有限元分析软件对流体、固体耦合传热过程进行模拟，从而获得想要的数据，可大大降低实验成本。

本文利用Solid Works软件建立直埋供热管道及周边土壤环境的三维模型，通过Flow Simulation有限元分析软件对运行中管网与周围土壤、地表面与空气的传热进行模拟，计算达到稳态后管道对外的传热量。

U型管式换热器机械设计及三维建模、工作仿真

第一章绪论在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。

它是化工、煤油、动力、原子能和其它许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。

对于迅速发展的化工、煤油等工业生产来说，换热器尤为重要。

通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10％～20%。

在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35％～40%。

在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。

换热器就是用来进行这些热传递的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺的需要。

总之换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。

而在这些换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器，它与其它形式的换热器相比较，最突出的优点是，单位体积内能够提供较大的传热面积，传热效果比较好，由于它的结构坚固，而且可以选用的材料范围较广，故适应性强，操作弹性大，因此，它广泛应于许多工业部门，尤其是化工生产中。

换热过程的强化是炼厂节能工作中的重要一环。

随着节能工作的深入发展，炼油厂各装置内部及装置间的换热量明显增大，而换热器冷热流之间的温度差则不断减小。

为了节约投资，不过多地增加换热面积，提高换热器的总传热系数就成了一个十分紧迫的任务。

本设计用螺纹管代替普通换热器的光管能有效的提高管外表面积，可以在管外给热系数不组的情况下，大大提高总传热系数，强化了传热，故使用螺纹管换热器可以做为强化传热的一个方向。

1.1设计条件：1.1.1设计原始参数管程介质：汽油壳程介质：汽油管程设计压力：2.43Mpa 壳程设计压力：2.45Mpa管程设计温度：200℃壳程设计温度：200℃地震烈度：7级场地土类别：二类管程腐蚀余量：2mm 壳程腐蚀余量：3mm容器类别：二类换热面积：170 m21.1.2设计要求：1、查阅相关科技资料及英文资料2、进行换热器的结构论证及材料选择论证3、进行换热器机械设计及强度校核（传热性能及传热量的计算和校核）4、在Pro /E环境下进行换热器的三维建模及工作动态仿真模拟5、编号设计说明书（不少于20000字，含英文摘要）6、科技译文（不少于5000字）7、绘制换热器零部件机械图纸1.1.3设计主要内容1、绪论（1）设计内容、说明思想、设计特点（2）换热器在炼油装置中简单工艺流程及应用（3）主要设计参数的确定及说明2、材料的选择及论证3、换热器结构选择及论证（1）换热器整体结构型式及特点（2）前管箱、壳体和后端盖结构型式及特点（3）管束分程和分程隔板的布置及特点（4）管子尺寸及排列、数量、偏差和总传热面积的确定（5）折流板、拉杆、定距管等零件的结构及特点（6）管子与管板的连接说明（7）接管、法兰、管箱法兰、外头盖法兰、浮头法兰的结构及特点（8）支耳、支座、排气管、排液管的结构及作用（9）换热器密封结构型式及密封点的说明4、换热器零部件强度计算与校核（1）封头、壳体厚度计算（管子厚度计算）（2）管板强度计算与校核（3）开孔补强计算（4）法兰强度计算与校核（5）鞍座强度校核5、绘制工程图纸6、对换热器零部件进行三维建模及工作动态仿真制作7、英文翻译1.2设计思想工程设计是一项政策性很强的工作，因而，要求工程设计人员必须严格地遵守国家的有关方针和法律规定以及有关行业规范，特别是国家的工业经济法规、环境保护法规和安全法规。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

果显示以２～ｍ为半径进行埋管可以有效避免地热井间的干扰问题；源模型与柱源模型相比较，源模型计３线线算的孔壁温度能够更好更快地趋近于数值模拟结果。线源模型在工程实践中应用价值更高。关键词：ｕ型埋管；值模拟；Ｄ数ＰＥ工具箱；热流模型恒
中图分类号：Ｕ３．Ｔ８１４文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｉａｉｕｌｔｏｏ —ｕｎｄａｌｓｓｏｏｓａｔｈａｕｏｌｒｃｌｓｍａｉｎｆＵｔｂｅａｎａｙｉｆｃｎｔｎｅｔｆｘｍｄｅｓｌ
ｈｅｔｆｕｏｌ．Ｔｈｅｕｔｈｏｔａｈｕｉｄｔｂｓｇｅｔｏ３ｍｅｅｓｒｄｕａｆｃａｘｍｄｅｓｌｅｒｓｌｓｓｗｈｔｔｅｂｒｅｕｅｄｅｉｎｄｗｉｈ２ｔｔｒａｉｓｃｎｅｆ — ｅ
Ａｂｓｒｃ：ｏｈｒｕｄｓｕｃｅｔｐｍｐ，ｉ ’ ｅｙｉｐｒａｔｔｖｏｒｈｎｉｅｕｄｅ — ｔａｔＡｓｆｒｔｅｇｏｎｏｒｅｈａｕｔＳｖｒｍｏｔｎｏｈａｅａｃｍｐｅｅｓｖｎｒ
第２５卷第５期
２０年０１１０月
山东建筑大学学报
ＪＯＵＲＮＡＯＦＳＬＨＡＮＤＯＮＧＩＺＪＡＮＨＵＵＮＶＥＩＹＩＲＳＴ
Ｖｏ．５１２
０ｃ．ｔ
Ｎｏ５．
２００１
文章编号：６３— ６４２１）５— ５９— ４１７７４（００００３０
ｔｖｌｖｉｈｎｅｆｒｎｅｂｔｅｅｔｅｍａｌｓａｄｔｔｔｅｈｏｅｗａｌｔｍｐｒｔｒａｃｌｔｄｂｉｅｙａｏｄｔｅｉｔｒｅｅｃｅｗｅｎｇｏｈｒｌｗｅｌｎｈａｈｌｌｅｅａｕｅｃｌｕａｅｙｌｎｏｒｅｍｏｅｅｔｒａａｔｒａｐｒａｈｓｔｅｒｓｌｓｏｕｍｅｉａｉｌｔｎｔａｈａｙｃｌｍｎｉｅｓｕｃｄｌｂｔｎｄｆｓｅｐｏｃｅｈｅｕｔｆｎｅｒｃｌｓｍｕａｉｈｎｔｔｂｏｕｏｓｕｃｏｅ．ｏｒｅｍｄ１Ｋｅｒｓ：ｔｂｙｗｏｄＵ—ｕｅ；ｎｍｅｉａｉｕａｉｎ；ＰＤＥｏｌｏｕｒｃｌｓｍｌｔｏｔｏｂｘ；ｃｎｔｎｅｔｆｕｄｌｏｓａｔｈａｘｍｏｅｓｌ
ｍｅｉｎｌｕｎｔａｙｍｏｅｆｈａｒｎｆｒｂｔｅｈｅｔｃｌＵ—ｕｅａｄｔｅｓｉｉｕｉｔｔａｎｓｏａｓｅｄｄｌｏｅｔｔａｓｅｅｗｅｎｔｅｖｒｉａｔｂｎｈｏｌｓｂｌｗｉＭａｌｂｔｈＰＤＥｏｌｏｏｓｍｕａｅｔｅｈｅｔｐｔｏｂｘｔｉｌｔｈａｕｍｐｏｅａｉｎａｄｃｌｕａｅｉｍｐｃｔｎ７ｏｒ ’ ｏｅａｉｎｐｒｔｏｎａｃｌｔｔｉａｔｗｉｓｈｉ２ｈｕｓｐｒｔｏｏｈｏｌｔｍｐｒｔｒｅｄａｏｎｎｈｎｔａｃｌｔｎｒｓｌｓａｅｃｍｐｒｄｗｉｈｔｂｏｓａｔｎｔｅｓｉｅｅａｕｅｆｌｒｕｄａｄｔｅｈｅｃｌｕａｉｅｕｔｒｏａｅｔｔａｙｃｎｔｎｉｏｈ
ＬＡＮＧｉｚｉＤＵＡＮｉ — ｈｎＬｎ—ｈ，Ｘｎｓｅｇ，ＣＨＥＮＰｅｇｙｅ１ｎ — ｕ，ｔａ．
（ｃｏｌｆＥｇｎｅｉｇＳｈｏｎｉｅｒ，ＣｈｎｉｅｓｔｆｏｃｅｃｓｏｎｉａＵｎｖｒｉｏｓｉｎｅ，Ｗｕａ３０４，ＣｉａｙＧｅｈｎ４０７ｈｎ）
ｓａｄｎｆｔｅｄｓｒｂｔｏｎｈｎｇｆｔｅｓｉｔｍｐｒｔｒｅｄａｏｎｈｕｉｄｐｐｓｔｎｉｇｏｈｉｔｉｕｉｎａｄｃａｅｏｈｏｌｅｅａｕｅｆｌｒｕｄｔｅｂｒｅｉｅ．Ａｗｏｄ — ｉｔ —ｉ
ＰＥ工具箱建立了考虑实际钻孔半径、Ｄ回填材料和ｕ型管材料的竖直ｕ形埋管与土壤的二维非稳态传热模型
来模拟热泵运行７ｈ内对周围土壤温度场的影响，与常用的恒热流传热模型计算的结果进行对比分析。结２并
Ｕ型埋管传热数值模拟及恒热流模型分析
郎林智，新胜，段陈鹏宇，建峰，维綦周
（国地质大学（汉）工程学院，北武汉４０７）中武湖３０４
摘要：于地源热泵来讲，面了解地下埋管周围重要。利用Ｍａａ对全ｔｂ中的ｌ