Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск

ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОЙ РАБОТЫ U-ОБРАЗНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ГРУНТОВОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Полный текст:

Аннотация

Разработана численная модель нестационарного теплового режима вертикального грунтового теплообменника, позволяющая установить изменение во времени его основных параметров: теплового потока, температуры теплоносителя на выходе, усредненное распределение температуры в прилегающем грунте. Предлагаемый подход основан на решении уравнения теплопроводности в нестационарной плоской осесимметричной постановке с граничными условиями, учитывающими параметры грунтового теплообменника и температурный режим грунта на удалении. Решение проводили по методу конечных разностей. Достоверность разработанной модели подтверждается сравнением расчетных результатов с экспериментальными данными, полученными на разработанной установке, в которой имитировался нестационарный тепловой режим грунтового теплообменника в виде U-образной трубы, расположенной горизонтально в песчаной среде.

В эксперименте, проводимом в два этапа, было организовано охлаждение воды в грунтовом теплообменнике. На первом этапе определяли теплофизические свойства песка. Теплопроводность песка находили стационарным методом плоского слоя, температуропроводность – методом регулярного режима с применением цилиндрического калориметра. Полученные свойства использовали далее при обработке экспериментальных данных второго этапа – исследование нестационарной работы грунтового теплообменника. Проанализированы результаты четырех экспериментов с различной продолжительностью и характером изменения массового расхода и температуры теплоносителя. Расхождение результатов опыта и расчета по модели для температуры теплоносителя на выходе теплообменника отмечено в диапазоне 0,5–1,8 %, для температуры грунта – 1,0–2,3 %, для теплового потока – 3,6–5,4 %. Результаты экспериментов могут быть использованы для подтверждения достоверности других методов моделирования грунтовых теплообменников. Представленную численную модель можно использовать для анализа работы системы теплоснабжения с тепловыми насосами.

Об авторе

С. О. Филатов
Белорусский государственный технологический университет
Беларусь
Аспирант


Список литературы

1. Васильев, Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием тепловой энергии поверхностных слоев Земли / Г. П. Васильев. – М. : Граница, 2006. – 176 с.

2. Дубовик, О. В. Геотермальные тепловые насосы. Характеристика и расчет грунтового теплообменника / О. В. Дубовик, С. В. Конев, Н. С. Конева // Тепло- и массоперенос-2012 : сб. науч. трудов. – Минск : ИТМО имени А. В. Лыкова, 2013. – С. 30–34.

3. Накорчевский, А. И. Особенности переходных процессов при грунтовом аккумулировании солнечной энергии / А. И. Накорчевский // Инженерно-физический журнал. – 2006. – Т. 79, № 2. – С. 156–160.

4. Филатов, С. О. Эффективность использования энергетических свай с теплоносителем воздух в системах вентиляции и теплоснабжения / С. О. Филатов, В. И. Володин // Промышленная теплотехника. – 2013. – Т. 35, № 3. – С. 44–50.

5. Математическая модель грунтового теплообменника для систем вентиляции / И. П. Витязь [и др.] // Тепломассообмен ММФ-2000 : труды IV Междунар. форума по тепломассообмену. – 2000. – Т. 10. – С. 115–122.

6. Филатов, С. О. Тепловой расчет вертикальных грунтовых теплообменников / С. О. Филатов // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2013. – № 4. – С. 81–90.

7. Al-Khoury, R. Efficient Finite Element Formulation for Geothermal Heating Systems. Part I: Steady State / R. Al-Khoury, P. G. Bonnier, R. B. J. Brinkgreve // International Journal for Numerical Methods in Engineering. – 2005. – Vol. 63, Iss. 7. – P. 988–1013.

8. Lamarche, L. A Review of Methods to Evaluate Borehole Thermal Resistances in Geothermal Heat-Pump Systems / L. A. Lamarche, S. Kajl, B. Beauchamp // Geothermics. – 2010. – Vol. 39, Iss. 2. – P. 187–200.

9. Eskilson, P. Thermal Analysis Heat Extraction Boreholes: Ph. D. Thesis / P. Eskilson. – Lund, 1987. – 264 p.

10. Gehlin, S. Thermal Response Test – in Situ Measurements of Thermal Properties in Hard Rock. Licentiate Thesis / S. Gehlin. – Lulea: Lulea University of Technology, 1998. – 23 p.

11. Васильев, Л. Л. Замораживание и нагрев грунта с помощью охлаждающих устройств / Л. Л. Васильев, С. Л. Вааз; под ред. Л. И. Калыхана. – Минск: Наука и техника, 1986. – 192 с.

12. Al-Khoury, R. Efficient Finite Element Formulation for Geothermal Heating Systems. Part II: Transient / R. Al-Khoury, P. G. Bonnier // International Journal for Numerical Methods in Engineering. – 2006. – Vol. 67, Iss. 5. – P. 725–745.

13. Hanuszkiewicz-Drapala, M. Heating System with Vapour Compressor Heat Pump and Vertical U-tube Ground Heat Exchanger / M. Hanuszkiewicz-Drapala, J. Skladzien // Archives of Thermodynamics. – 2010. – Vol. 31, No 4. – P. 93–100.

14. Bauer, D. Zur Thermischen Modellierung von Erdwärmesonden und Erdsonden-Wärmespeichern: Dissertation … Doktoringenieur / D. Bauer. – Stuttgart: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart, 2011. – 136 p.

15. Huber, A. Berechnungsmodul für Erdwärmesonden / A. Huber, O. Schuler. – Zürich: Bundes-Amt für Energiewirtschaft, 1997. – 74 p.

16. Beier, R. A. Reference Data Sets for Vertical Borehole Heat Exchanger Models and Thermal Response Test Analysis / R. A. Beier, M. D. Smith, J. D. Spitler // Geothermics. – 2011. – Vol. 40, No 1. – P. 79–85.

17. Накорчевский, А. И. Экспериментальная проверка достоверности математических моделей грунтового аккумулирования теплоты / А. И. Накорчевский, А. Н. Недбайло, Б. И. Басок // Промышленная теплотехника. – 2006. – Т. 28, № 2. – С. 51–61.

18. Kasuda, T. Earth Temperature and Thermal Diffusivity at Selected Stations in the United States / T. Kasuda, P. R. Archenbach // ASHRAE Transactions. – 1965. – Vol. 71, No 1. – P. 61–75.

19. Новиченок, Л. Н. Теплофизические свойства полимеров / Л. Н. Новиченок, З. П. Шульман; под ред. А. Г. Шашкова. – Минск : Наука и техника, 1971. – 120 с.

20. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности при стационарном тепловом режиме : СТБ 1618–2006. – Введ. 2006.07.01. – Минск: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2006. – 16 с.

21. Исследование теплопроводности внешних загрязнителей теплообменных секций аппаратов воздушного охлаждения / А. Б. Кунтыш [и др.] // Химическая техника. – 2013. – № 11. – С. 35–38.

22. Кондратьев, Г. М. Регулярный тепловой режим / Г. М. Кондратьев. – М. : Госуд. изд-во технико-теорет. литер., 1954. – 408 с.


Для цитирования:


Филатов С.О. ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОЙ РАБОТЫ U-ОБРАЗНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ГРУНТОВОГО ТЕПЛООБМЕННИКА. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2014;(6):60-72.

For citation:


Filatau S.A. NUMERICAL AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF UNSTEADY WORK OF U-SHAPE BOREHOLE HEAT EXCHANGER. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2014;(6):60-72. (In Russ.)

Просмотров: 508


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)