不同抽回间距的单井循环地下水源热泵系统试验

针对单井循环地下水源热泵系统的研究不足,搭建了物理模拟砂箱试验台研究单井循环地下水源热泵系统地下水流动和换热规律,并开展了抽回间距变化的试验研究。结果表明,增大抽回间距能够显著改善三种热源井的抽水温度,在条件允许的情况下应尽量增大热源井的抽回间距;当抽回间距增加相同数值,抽水温度改善情况循环单井最好,其次是填砾同井,最后是抽灌同井,增加抽回间距对热贯通严重的热源井更有效。     

单井循环地下水源热泵换热特性CFD模拟与验证

针对单井循环地下换热系统CFD模拟研究的不足,建立了该系统多区域耦合的CFD模型用于研究其地下水流动和换热特性。结果表明,循环单井、抽灌同井和填砾抽灌同井CFD模型的抽水温度和含水层特征点温度模拟结果均与试验测试结果吻合较好,3种热源井25 min的累计取热量相对误差分别为12.1%、3.0%和8.2%。所建立的3种热源井CFD模型可以用于分析和预测实际单井循环地下换热系统中热源井特性、含水层流场和温度场的变化情况,并能提供较为准确的模拟数据。     

热源井抽灌同井连续取/放热特性试验

针对抽灌同井连续运行特性的研究不足,利用单井循环地下换热系统砂箱试验台,以沈阳和上海2地采暖期和空调期的时间尺度为依据,分别开展了连续取热和连续放热2种运行模式下抽灌同井运行特性的试验研究。结果表明,抽灌同井在该试验条件下对取热工况更加敏感,取热比放热更为困难。在连续取热工况下,含水层在受到外界初次干扰的影响更为明显,第2个运行周期的累计取热量降幅为6个运行周期累计取热量降幅的57.1%。在热/冷负荷占优的地区,应根据建筑负荷采取辅助手段及时对含水层进行热量/冷量补给,保证热泵机组高效运行。     

地下水源热泵系统热平衡模拟三维数值模型

为了准确模拟预测地下水源热泵系统运行期间的热平衡变化规律特征,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的热贯通现象。以河北省水勘院正定基地地下水源热泵系统示范工程为例,建立了地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合地下水源热泵系统的设计运行方案,预测分析了不同条件下未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势。结果表明,该示范工程按设计方案运行,抽、灌井之间存在热贯通现象。地下水源热泵系统通过增大温差的方法进行调节,可有效地缓解热贯通现象。     

分析一次阶梯流量井流试验数据的原理与方法

文中提出的分析一次阶梯流量井流试验数据的方法,与目前采用的多次阶梯流量井流试验数据的分析方法相比较,在同样可以得到井流试验欲求的井损系数C,综合性参数r_w²/a和含水层导水系数T三个参数的情况下,至少可以使抽水流量的变化次数减少两次。而且在数据分析中可以避免应用图解法,因此,能消除在作图中由于人为因素对计算结果准确性的影响。实际算例表明,一次阶梯流量与多次阶梯流量法得到的计算结果是非常吻合的。     

高寒区引水渠道抽水融冰水温变化过程模拟

抽水融冰技术能解决中国西北等高寒地区引水式水电站引水渠冰害。该文以新疆红山嘴电站引水渠道为研究对象,对引水渠道抽水融冰水温变化过程进行数值模拟。通过对模拟结果与原型观测结果对比研究,验证数值模型的可靠性。最后分别模拟分析井水流量、渠道流量、井水温度、渠道水温、流量和温度同时变化时,引水渠道水温沿程变化规律。结果表明:1)井水流量和井水温度变化与混合后水温成正比,井水流量越大,水温越高,渠道增温效果越明显;2)渠道流量变化与混合后水温成反比,渠道流量越大,井水的增温效果越不明显;3)渠道水温与混合后水温成正比,渠道水温越低,混合后水温也越低;4)渠道引水温度降低为原来0.25倍,同时井水流量增大至原来4倍,混合后水温比降低渠水温度时高0.14~1.43℃,在实际工程中,增加井水流量是抽水融冰最有效的方法。研究为寒区引水渠道冰害的防治提供科学依据。     

高寒区多口融冰井引水渠道水温变化三维模拟及井群优化布置

为探讨抽水融冰技术解决严寒地区渠道冰害的效果,以新疆玛纳斯河流域红山嘴二级电站引水渠道为研究对象,对多口融冰井同时运行条件下引水渠道水温变化过程进行三维模拟,其模拟结果和原型观测结果平均相对误差为4.61%,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上,通过改变井水流量、井前渠水流量和水温、外界大气温度等条件,对混合水温沿程变化过程进行了模拟。结果表明:1)仅将井水流量变为原来的50%和1.5倍时,井水注入量与混合水温成正比,且对混合水温的影响较大;2)仅将井前渠道水温分别降低和升高0.2和0.4℃时,井前渠道水温与混合水温成正比,且对混合水温的影响也较大,因此增大井水流量或者合理布置井群是抽水融冰最有效的方法;3)根据井前渠道水温为0.1℃,井前渠水流量分别为10、15、20和25 m~3/s,大气温度分别为–5、–10、–20和–30℃的模拟结果,得到了各井的不冻长度值,且随着井前渠道流量增大和外界大气温度降低,融冰井的不冻长度均随之减小,最后给出了在不同井前渠道流量和不同气温条件下融冰井的不冻长度和井的布置桩号等合理优化布置方案,此研究为解决寒区水电站引水渠道冰灾防治问题提供科学依据。     

通水间断时长对太阳能低温地板采暖系统供暖性能的影响

为了揭示供暖水泵通断模式对太阳能低温地板采暖系统供暖性能的影响,试验和理论研究了通水时长相同间断时长不同时系统的供回水温差变化规律,分析了系统的供热量、热损失率、运行能耗及太阳能保证率的变化,研究了供暖时系统内外因素与供热量的相关性,研究结果表明:太阳能采暖系统23 d不同通断模式的运行试验结果表明,环境条件相近及通水时长都为8min时,间断时长越长,供回水温差越大;系统在3种通断模式下的供热量由高到低依次为间断6、5、11 min;间断6 min时比间断5 min时系统太阳能保证率增多5.27%,热损失率减少2.79%,运行能耗减少6.67%,对比可得间断6 min时系统运行较好;由23 d的运行效果可得,间断6 min时系统平均供热效率最高;室外温度、供水温度、回水温度、流量、风速等因素与供热量都有显著相关性,供水温度和环境温度对系统供热量影响较大,循环流量和环境风速的影响较小。     

基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性

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。     

盘塘水源地渗流井取水方式下地下水允许开采量计算

介绍了渗流井的结构和井流特征,通过引入等效渗透系数,构建"渗流—管流"耦合模型,建立了渗流井取水的数学模型。以陕西省神木县盘塘水源地为例,用地下水流三维有限差分法对水源地地下水允许开采量进行了计算。结果表明,盘塘水源地渗流井开采方式下,地下水允许开采量为92 400m3/d,枯水期允许开采量为56 200m3/d。通过对比不同取水方式下的允许开采量,认为渗流井取水方式较管井、辐射井等取水方式具有出水量大,易管理等优势。在干旱半干旱的地区,渗流井具有明显优于其他取水结构的特点。     

竖井与轴伸贯流泵装置水力特性比较

为比较竖井与轴伸贯流泵装置的水力特性,借助大型商用CFD软件在水泵水力模型、导叶以及流道总长度保持不变的情况下,对竖井和轴伸贯流泵装置进行了数值仿真模拟计算,并对竖井式贯流泵装置外特性进行了试验验证,试验结果表明设计工况点扬程和效率的模拟结果和试验误差在1%以内,非设计工况误差偏大。计算结果表明:进水流道水力损失较小但是能够影响着水泵性能的发挥,竖井与轴伸进水流道出口的面积加权均匀度分别为92.8%、95.2%,1.25倍设计流量工况下,叶轮的效率在竖井内比在轴伸贯流泵装置内效率最多低1.3%。出水流道的水力损失较大并影响着泵装置的性能曲线,轴伸与竖井出水流道水力损失最大值出现在0.59倍设计流量工况点,此时轴伸出水流道内水力损失值为0.459 m,竖井直管出水流道内水力损失值为0.741 m,轴伸贯流泵装置效率比竖井高了3.5%。算例中扬程以1.27 m为分界线,扬程低时竖井贯流泵装置整体性能较好,扬程高时轴伸贯流泵装置性能较好。该研究可为低扬程泵站的选型提供参考。     

圆锥形顶太阳能蓄热水箱锥顶结构及运行参数优化

为获得顶部为圆锥形结构的太阳能蓄热水箱最优锥顶结构及运行参数,对水箱在有内置隔板情况下的10种锥顶结构进行了数值设计,结果表明:在给定流动参数条件下,锥顶角在173.1°~118.1°间变化对水箱内热分层影响效果相当,高温热水区域范围略有增大;对于锥顶高度为0.09 m、锥顶角为159.6°的最佳结构水箱,水箱出口附近高温热水区域范围随冷水入口流速增大逐渐缩小、随热水入口温度提高而增大,但提高热水入口温度对于高温热水区域范围的增大程度在较高冷水入口流速时要小于较低冷水入口流速时的情况;在其他流体参数不变的情况下,冷热水出口温差随冷水入口流速增大呈上升趋势,但当冷水入口流速增大到一定值时其对增大冷热水出口温差的贡献趋于平缓;在冷水入口流速较小时提高热水入口温度对于增大冷热水出口温差的贡献要略大于冷水入口流速较大时的情况。热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况适合于"小流量大温差"的热用户运行模式;热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况适合于热用户对热水供应量需求较大的情况。     

电磁场抑制换热面析晶污垢的形成

为研究电磁场对换热表面析晶污垢的抑垢情况,该研究以电磁水处理动态试验台为依托通过一系列变工况的试验,获取了不同磁场强度、流速和入口温度下碳酸钙污垢热阻热阻曲线,又通过电磁场、流场及温度场之间的正交分析得出了各因素对析晶污垢生长的具体影响。结果表明,试验磁感应强度范围内污垢热阻随磁感应强度的增大呈减小趋势;不加磁场湍流状态下,流速越大污垢热阻越小;磁场与流速共同作用可以强化阻垢效果。随着入口温度的增加,热阻渐近值先增大后减小,在入口温度为30℃时出现极大值;电磁场处理产生的热阻减小的效果要大于入口温度增加引起的热阻增加的效果。通过正交分析,得出了影响污垢生长的主次因素由强到弱依次为磁感应强度、流速、入口温度。同时计算出了该试验台在试验工况下的最优运行工况,在入口温度30℃,流速0.4m/s,磁感应强度20 mT情况下抑垢效果最好。研究结果可为工业循环水除垢抑垢提供一定的参考。     

承压含水层中大径井附近的非达西流动的理论研究

Non-Darcian radial flow toward a finite-diameter, fully penetrating well in a confined aquifer was analyzed on the basis of the Izbash equation with consideration of the wellbore storage effect. We derived semi-analytical solutions of drawdown by using the Boltzmann transform, and obtained approximate analytical solutions of the drawdown at early and late times. MATLAB programs were developed to facilitate computation of the semi-analytical solutions. The turbulence factor v which was directly related to the pumping rate appeared to have negligible influence upon the wellbore well function at early times, but imposed significant influence at intermediate and late times. However, the turbulence factor v imposed non-negligible influence upon the aquifer well function during the entire pumping period, provided that the observation point was not sufficiently close to the wellbore. Sensitivity analysis indicated that the power index n in the Izbash equation had less influence on the type curves at the face of the pumping wellbore, but had much greater influence upon the well function in the aquifer. As the n values increased, the drawdown in the aquifer decreased at early times and increased at late times. The Boltzmann transformation could only be used in an approximate sense for radial non-Darcian flow problems. This approximation would provide accurate solutions at early times, and introduce small but consistent discrepancies at intermediate and late times for the wellbore well function.     

用于房屋取暖的太阳能热转换系统卵石层热特性的实验研究(英)

为了给房间提供热能而不消耗电力和常规能源，设计并制造了用于房屋取暖的太阳能热转换系统。该系统主要由太阳能集热器、卵石层和房间组成。太阳能集热器具有28根真空集热管，每根真空集热管的直径和长度分别为47 mm和1500 mm。在长4 m宽2.7 m的房间内铺设了150 mm厚的卵石层。卵石大小为50～100 mm。对由太阳能集热器热水自然循环加热的太阳能热转换系统卵石层的热特性进行了实验研究。测试了该系统不同单元的温度。结果表明，在考虑了每个测试单元热传递时间滞后的条件下，当系统的入口点和出口点的温度存在温差及卵石层和水泥地面存在温差时，该系统能够实现热能自然循环。证实了卵石层和地表面的水平温度分布均匀。卵石层储热周期为10 h、放热周期为24 h。以卵石层日平均温度与户外平均温度之间的差值为依据，计算出卵石层一日内的储热量约为49 MJ/d。     

叶轮中心淹没深度对特低扬程下立式泵装置流道水力性能的影响

为提高特低扬程泵站立式轴流泵装置的水力性能,该研究对叶轮直径为3.0、2.5、2.0、1.5 m的立式轴流泵装置在不同叶轮中心淹没深度下的进、出水流道流场分别进行了三维湍流流动数值计算,并对流道流场和水头损失进行了分析比较;对某特低扬程泵站在叶轮中心淹没深度为3.08、2.38、1.68 m下的立式轴流泵装置水力性能分别进行了数值计算及比较,并进行了泵装置模型试验验证。研究结果表明：叶轮中心淹没深度对肘形进水流道的水流流态及水头损失的影响很小,但对虹吸式出水流道的流态和水头损失影响较大;随着叶轮中心淹没深度的增大,虹吸式出水流道内的流态逐渐改善,流道水头损失基本呈下降趋势,泵装置效率逐渐增大,特低扬程工况下泵装置模型试验最优工况点的效率达75.92%,泵装置能量性能数值模拟结果与模型试验结果基本一致。研究结果可为特低扬程泵站采用立式泵装置的设计提供一定参考依据。     

潜水贯流泵装置过流部件水力性能分析与优化

为研究潜水贯流泵装置过流部件的水力性能,该文采用CFD方法对潜水贯流泵装置进行数值计算,分析了不同过流部件形式对泵装置内水力性能的影响,并对计算结果进行试验验证。结果表明:潜水贯流泵装置灯泡体支撑片的数量会影响导叶与支撑片之间的水流流态,支撑片的数量应与导叶片数一致。潜水贯流泵装置宜采用椭球体的灯泡体尾部形式,能避免回流、脱流等不良流态的产生。采用流线形进线孔,并且将进线孔与支撑片结合在一起,能改善出水灯泡体的流态,提高装置效率。在闸门槽间的进水流道过渡形式宜采用渐缩方管式。优化后泵装置在最优工况点的效率提高2.5%,达到78.0%。在最高效率点,数值计算预测扬程和流量的不确定度均小于1%,试验与数值计算结果吻合较好。该研究可为潜水贯流泵装置在实际工程中推广应用提供参考。