潮间带滩涂沉积物与水体热通量模拟

为了揭示滩涂对近岸水温影响,开展潮间带滩涂沉积物与海水之间热量交换研究。以韩国西南海岸的滩涂为例,建立滩涂沉积物温度模型,模拟不同潮汐状态下沉积物垂向剖面温度以及沉积物与水体间的热通量,并分析了季节、滩涂位置、潮位-太阳辐射相位对热通量的影响。研究表明:模拟出的沉积物温度与实测值吻合较好。沉积物与水体存在大量热量交换,且集中在淹没后的前3 h,最大热通量可达398.7 W/m2。冬季月份海水向滩涂净传热。夏季月份滩涂向水体净传热,且当滩涂淹没时刻发生在当地正午或正午过后3 h内,滩涂传递给水体的热量相对较大,达2.0 MJ/（m2·d）;累积热通量随滩涂干滩率的减小而减小。研究成果为进一步深入研究滩涂影响下近岸水温变化提供了技术支撑。     

边界条件对碎石层降温效果及机理的影响

对平均粒径为22.1 cm, 厚度1.3 m, 边界为开放和封闭的碎石层进行了一系列的实验. 从环境温度为最高和最低时刻封闭碎石层内的温度和速度分布可知: 当碎石层上表面温度低于下表面时,碎石层自下向上的散热由空气对流和碎石间的热传导来完成; 当上表面温度高于下表面时, 自上向下传递的热量由碎石接触面间的热传导完成, 此时, 由于其内部的空气几乎静止, 能阻隔热量的传入, 因此封闭边界的碎石层具有热半导体特性. 而开放边界的碎石层, 当平均温度为 0.5℃的空气从上表面吹过时, 碎石体内的热量传递主要是靠强迫对流来完成, 热半导体效果不明显, 不利于使其下面的冻土降温.     

封闭块碎石层最佳降温粒径的室内试验研究

对不同粒径块碎石层在封闭条件下的降温效果进行了系列室内试验研究,试验中块碎石层厚度为1.3 m,采用的4种块碎石平均粒径分别为8.3 cm、14.8 cm、22.1 cm和27.1 cm.结果表明:在顶部温度(平均温度为正)周期波动条件下,4种粒径块碎石层均有一定的降温效果,但平均粒径为22.1 cm的块碎石层降温效果最好.经综合分析确定,封闭块碎石层在本试验条件下的最优降温粒径范围为20~30 cm.在全球升温与人类工程活动的背景下,即使路基表面平均温度升为正,只要合理利用块碎石层的降温特性,就可以达到有效保护其下部多年冻土的目的.     

跨季节蓄热型地源热泵热传递规律研究

基于有限元分析法,建立了准三维非稳态传热模型。在试验验证的基础上,分析了跨季节蓄热型地源热泵蓄热过程中土壤温度、单位井深换热量、热作用半径随热泵运行时间的变化规律,讨论了土壤结构、入口水温、入口质量流量、热泵运行模式等对土壤传热规律的影响,并研究了土壤热平衡问题。结果表明:同一半径不同深度处,土壤温度增长幅度随土壤热扩散率的增加而增大;土壤热作用半径随热泵运行时间及入口水温的升高而增加,并逐渐趋于稳定;间歇运行模式下,地埋管附近土壤温度及换热量均呈波动式变化,且当径向距离大于0.3 m时,与连续模式一致;在满足换热量的情况下,流体质量流量不宜过大;系统运行一个周期（360 d）后土壤温度基本可以恢复,且流体入口温度不宜低于40 ℃。     

多年冻土区块、碎石护坡冷却作用的对比研究

基于青藏铁路北麓河试验段块、碎石护坡路基阳坡坡中孔的地温观测资料, 分析了块、碎石护坡下的温度变化过程及进入块、碎石层下部土体的热收支情况. 结果表明: 观测期内块石层下平均温度低于碎石层下平均温度, 而块石层下温度波幅大于碎石层下温度波幅. 块石层下最大融化深度有明显的抬升, 这种抬升得益于冷季块石层内空气较强的对流冷却作用. 从进入块、碎石层下部土体的热收支情况来看, 块石层较碎石层具有更好的冷却作用.     

沙漠层辐射热量传输的界面过程研究：以古尔班通古特沙漠为例

根据古尔班通古特的自然与气候条件,对不同下垫面区域的太阳短波辐射量和地表与大气的长波辐射热量以及沙层热通量收支状态２进行了测量分析。结果表明,波支和固定沙模层的热量传输差异主要是由地表状况、沙层性质和气温等因素决定的。流沙漠区反射率和长波辐射大于固定沙漠区。沙漠层热通量随白天以感热、夜间以潜热的形式向大气传输,形成了沙漠地区对辐射热量特有的响应与反馈交换传输过程。同时,依据实测资料和地球表面热量平     

太阳能储热桩取热过程中桩内温度变化的研究

首先介绍了太阳能地下混凝土储热桩热量利用率不足的现状,通过在已有太阳能混凝土储热桩传热模型的基础上,对不同取热工况中影响储热桩温度场变化的各种因素进行了传热过程的模拟分析,得出了持续取热及间断取热2种不同运行工况及热流密度、导热系数和比热容、埋管间距对桩内温度场变化的影响,然后合理的选择最优参数,分析桩内温度场的变化,提高取热效率,使混凝土桩内热量充分利用。     

透壁通风管增强开放碎石路堤降温效果试验

通过4种不同实验条件下透壁通风管开放碎石路堤试样室内试验研究了通风情况对透壁通风管增强开放碎石路堤降温效应的影响。比较4种实验结果发现,透壁通风管开放碎石路堤存在碎石表面单纯热传导传热、外界空气通过碎石路堤开放表面与碎石层内孔隙空气直接循环产生的强迫对流传热、通风管管壁与管内空气的对流换热以及管内空气通过管壁透气小孔与附近碎石层内孔隙空气直接循环产生的强迫对流传热4种传热过程。对于仅负温通风的透壁通风管开放碎石路堤,通过开放表面及管壁透气小孔使外界冷空气与碎石层内孔隙空气形成循环,从而显著增强了路堤冬季冷空气引起的降温效应。     

水热型地热能同轴管换热技术研究——以河北省邯郸地区为例

目前,我国对于水热型地热资源的开发利用方式以直接抽取地下热水为主,采用同轴管换热技术的工程实例较少。通过在邯郸东部平原区开展的一项试验工程,讨论了同轴管换热技术在单井中的换热效率及其影响因素,并通过试验取得的实测数据,预测不同井深、回水温度等条件下的换热效率。结果表明:在循环水量保持基本不变的情况下,回水温度的升高,影响到换热功率的降低;当循环水量增大时,换热效率也随之增大,而当注水温度增高时,换热效率反而降低;地热井井径的变化,对换热效率影响并不明显。     

岩溶构造对地埋管群换热效率影响数值模拟研究

地埋管是岩体热泵系统与地层直接交换冷热量的部分。岩溶地区含水构造复杂多样,对地埋管群换热储热有明显影响。对27根垂直地埋管群在无岩溶构造、岩溶裂隙构造、岩溶管道构造以及混合岩溶构造4种地质构造类型中的换热过程进行了模拟,并对比了岩体内温度场、埋管出口水温、热泵机组制冷系数(COP)以及单位井深换热量等参数的变化。结果表明:在制冷工况下,不同模型温度场中,岩体中存在岩溶裂隙构造或岩溶管道构造时,地下水流动对岩体热堆积有明显缓解作用;岩溶导水构造与地埋管的距离也是重要影响因素。模型运行到第1个制冷周期末期时,含岩溶裂隙构造岩体和含岩溶管道构造岩体的进出口水温差比混合岩溶构造岩体的分别升高了0.87、4.00 K;无岩溶构造岩体进出口水温差比混合岩溶构造岩体的下降了1.16 K。无岩溶构造岩体、岩溶裂隙构造岩体、岩溶管道构造岩体和混合岩溶构造岩体的COP分别为7.2、7.4、7.8和7.3;单位井深换热量分别为64.1、90.3、130.7和79.1 W/m。研究结果表明,岩溶导水构造明显增强了地埋管群的换热效率,不同的地质构造类型对地埋管换热效率的影响也不一样。      

双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明：多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10⁶ J/(m³·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。...     

饱和粉土中相变能源桩热力响应模型试验研究

长期非稳态的桩土热交换使得桩周土温度不断上升,产生热堆积效应,影响桩土换热效率,甚至也可使能源桩系统失效。为此,利用复合相变材料制备了相变混凝土能源桩,并在饱和粉土中开展了相变桩和普通桩热力响应模型试验,对比研究了相变桩的桩周温度分布、桩身应力−应变、桩顶位移和桩身换热效率的变化规律。结果表明：相变桩土热交换方向以径向交换为主,影响区域在2D范围以内,土体温度变化表现出滞后效应;相变桩的桩土温度变化幅度小于普通桩,具有缓解桩周土体热堆积效应的作用;在温度循环过程中,相变桩体累积了不可恢复的塑性应变。经过多次温度循环后,相变桩比普通桩的塑性累积位移更小;在夏季工况相变桩换热功率比普通桩增长约20%,冬季工况两者换热功率基本一致,随着运行时间增加,两者换热效率趋同。     

地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在两个方面：一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。     

地层初始温度及结构对地埋管换热能力影响分析

不同地质条件下,地埋管的换热能力有所不同,热能采集和扩散能力存在差异。为给地埋管地源热泵系统工程提供科学合理的设计依据,本文利用现场热响应测试数据分析了地层初始温度以及地层结构对地埋管换热能力的影响。结果表明:地埋管换热能力与地层初始温度呈较好的线性相关性,地埋管夏季延米换热量随地层初始温度的升高而减少,冬季延米换热量随地层初始温度的升高而增加;不同地层结构,地埋管换热能力有所不同,在富水性相对较好、岩性颗粒粗、地下水径流速度快的区域,地埋管换热效果要优于富水性相对较差、岩性颗粒细、地下水径流速度慢的区域。     

深层垂直井同轴换热能力数值模拟分析

针对中深部（1 500~4 000 m）地热资源深井同轴“保水取热”科学评价问题，以COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值计算软件为模拟平台，构建垂直单井岩-水耦合传热模型，以西安地区地层与地温特征为模拟背景，计算分析2种地温梯度（0.027、0.030℃/m）与4种注水口流速（0.25、0.50、0.75、1.00 m/s）工况下深层（3 500 m）地热单井套管换热能力。同时，建立5种井间距下的群井数值模型，分析不同井间距下群井中心井的出口温度变化规律。模拟结果显示:地温梯度越大，进出口温差越大，单位时间换热量与单位延米换热量越大；入口注水流速越大，进出口温差越小，但单位时间换热量与单位延米换热量越大，即地温梯度、流速越大，深层垂直钻孔套管换热的效率越高；西安地区3 500 m井深工况下，相邻地热井的间距为30 m时能够保证其地层温度不会相互干扰。研究结论可为深层地热开发利用提供科学参考。移动阅读      

桩埋管参数对渗流下能量桩热-力耦合特性的影响

为获得地下水渗流作用下桩埋管参数对能量桩热-力耦合特性的影响,建立了不同埋管参数的能量桩数值模型,分析了桩埋管数量、埋管布置形式、埋管管径对单位桩深换热量、日换热量、桩截面平均温升、桩身位移增量及桩身附加温度荷载的影响。结果表明：增加埋管数量可以增大能量桩换热量,但也会加剧桩内不同埋管间的热干扰,导致换热性能下降及桩身...     

铁路碎石道碴层通风阻力参数试验研究

铁路碎石道碴层能被看作高渗透率的多孔介质,由于其具有较好的通风特性,它的存在改变了寒区铁路路基的顶部热交换条件,对路基温度场产生不可忽视的影响.为了能够实现对寒区铁路路基温度场的更合理预测,基于对铁路碎石道碴层传热和通风特性的研究现状,通过风洞试验对铁路碎石道碴层的通风特性及通风阻力参数进行了试验研究.试验中选用的铁路碎石道碴平均粒径为4.2cm,孔隙率为0.433,对不同空洞风速条件下铁路碎石道碴层中的压力梯度和渗流速度进行了测试分析.结果表明:铁路碎石道碴层中空气渗流速度随着压力梯度的增大而增大,其内部压力梯度与渗流速度之间存在良好的二次非线件关系.通过计算得到铁路碎石道碴层的渗透率和惯性阻力系数,为寒区铁路路基热稳定性的数值研究提供了参数依据.     

辽宁大隆矿区矿井巷道空气温度的数值模拟与分析

为解决深部开采带来的巷道内温度过高而没有对热量加以利用的问题,采用传热学、计算流体力学理论,对巷道围岩—空气换热系统进行了三维数值计算,研究了在渗流和无渗流条件下巷道内部温度场随巷道空气入口雷诺数的变化规律。计算结果表明:在巷道长度方向0～50m范围内温升不明显,超过50m后温度增加明显,并且随着长度增加温度相应增加;渗流情况下,巷道空气出口平均温度高于无渗流情况下巷道空气出口平均温度;渗流情况下,雷诺数在1.3×105～3.5×105、11.33×105～3.5×105间平均总传热系数大于无渗流情况下平均总传热系数。控制巷道空气入口雷诺数是解决巷道内温度过高和对热量加以利用的关键。以上结论为矿井热害的综合治理、基于巷道风热量利用的空气源热泵系统的优化设计提供了重要依据。     

地下水渗流对地埋管换热影响研究

为研究地下水渗流对地埋管换热的影响,搭建地埋管换热研究试验台,模拟不同地下水流速(0 m/a、100 m/a、200 m/a)条件下的地埋管换热器,通过试验数据分析得出:随着地下水流速的加大,将更多的热量带到下游,地埋管换热器的换热量和综合导热系数逐渐增加,对上、下游温度变化作用更明显,水流方向的热影响半径依次变大。地埋管换热器工程建设中应注重前期水文地质条件的勘察,对整个地源热泵系统工程能长期稳定运行起到关键作用。     

地源热泵埋管换热器换热量影响因素初析

用同一台岩土热物性测试仪,在外界温度相差不明显的条件下,对100 m、120 m单U、双U换热器进行测试。数据表明,不同埋管深度、不同换热器类型的热导率、每延米的排、取热量差异很大。在天津地区换热量的主要因素为水文地质条件,其次影响因素为试验工况、换热孔深度、换热器类型、回填材料及其回填固结时间等。