地源热泵地埋管换热器换热性能试验研究

影响地源热泵系统效果的关键因素是室外地埋管换热器的设置情况,影响地埋管换热器换热性能的主要因素是岩土的综合导热系数、综合比热容以及钻孔的总热阻等热物性参数。各工程所在地地质条件差异很大,如何得到地埋管换热器换热性能参数是地源热泵系统设计必须解决的问题。本文基于线热源模型得出换热器内流体平均温度与时间的对数关系曲线,通过测试地埋管换热器进出口水温,进而推算出岩土的综合导热系数及热阻,大大简化了计算过程。此外,通过对地埋管测试井长期连续监测发现,在寒冷或严寒地区对于冬夏季冷热负荷不平衡的系统,室外地埋管换热区岩土温度呈下降趋势,设计时应考虑解决措施。     

地耦管换热量测试设备的现场应用

研制了一套地耦管换热量测试设备,结合实际工程进行了现场应用.通过测试,准确获得了实际工程地质条件及回填工艺条件下的垂直地埋管换热器的换热能力、地下土壤的热物理参数等,为地埋管换热系统设计提供了可靠依据.     

超长地铁联络通道水平冻结温度场变化规律分析

掌握了超长地铁联络通道冻结温度场的变化规律,就能够预测分析地层冻结温度场,可提前判断冻结壁发展状况。以福州地铁2号线某区间超长联络通道冻结施工为例,建立三维有限元数值计算模型,通过对比分析冻结阶段的数值模拟分析结果与实测数据,验证了计算模型的准确性。基于该数值计算模型,研究了初始地温、导热系数、比热容对该温度场影响的规律。结果表明:冻结温度场变化主要分为温度快速下降与相变阶段、温度下降、土体温度稳定3个阶段;冻结壁交圈时间与初始地温、比热容近似呈线性递增关系,初始地温每升高5℃,交圈时间延长2d,交圈时间随比热容增加而延长;冻结壁交圈时间与导热系数呈负相关,导热系数每增高10%,交圈时间缩短1d。     

竖直地埋管换热器施工工艺研究

竖直埋管具有占地面积小、单位面积换热量高等优点,是江苏地区应用较多的地源热泵系统埋管敷设形式。由于缺乏通用的、标准的施工工艺,导致竖直地埋管换热器施工质量影响整个系统的运行效果,进而局限了竖直地埋管地源热泵技术的推广使用。通过对多个地源热泵项目的施工服务调研以及多项国家相关课题研究,本文凝练出一套流程清晰、便于大型项目组织管理、保证施工质量、提高工作效率、含有针对性降低安全风险和环境损害措施的施工工艺标准。该工艺适用于各类新建建筑和既有建筑改造工程,适用于土壤及岩石地质,但不适用于地下有岩溶孔洞、采空区和国家规定的地下水资源保护区。     

地铁联络通道冻结法施工冻融全过程温度场发展特性及影响因素分析

以福州地铁金山站—金祥站区间联络通道冻结法施工为工程背景,通过现场实测与有限元数值计算相结合方法,开展冻结温度场冻融全过程发展特性及影响因素分析研究。研究结果表明：冻结管内侧土体降温速率为外侧土体降温速率的1.26倍;受冻结管布置影响,喇叭口处冻结壁呈马蹄形,而通道处冻结壁呈类矩形状;正常通道段积极冻结阶段末期,冻结壁有效厚度平均值为2.62 m,平均温度为-11.3℃;维护冻结阶段结束时,冻结壁有效厚度增加0.23 m,平均温度降低0.2℃,自然解冻阶段的外侧土体温度回升速率明显高于内侧土体温度回升速率;联络通道冻结温度场发展受不同因素影响较大,在积极冻结阶段早期主要受地层初始地温度影响,积极冻结阶段后期主要受土层导热系数影响。     

上海某客运站房地源热泵地埋管间距的研究

以上海某客运站房地源热泵系统为例,对确定地埋管最佳间距的方法进行了研究。根据土壤传热性能测试和站房负荷计算结果确定了与埋管间距有关的各项影响因素,如埋管布置形式、土壤热物性参数、单个钻孔负荷以及系统运行状况等。提出了用于选择埋管间距的多个技术经济指标,包括地埋管换热效率、埋管区域实际换热量、地埋管系统经济性和土壤温度恢复特性等。对从3 m到6 m的不同埋管间距下单元埋管区全年土壤温度场进行了数值模拟,并以此得到了各项指标的量化值。通过分析比较最终确定了该地源热泵系统的最佳埋管间距为4 m。同时也为地源热泵系统设计中关于埋管间距的参数选择与调整方法提供了合理化参考。     

基于非线性破坏准则的地下连续墙槽壁稳定性能耗分析方法研究

针对地下连续墙成槽施工过程中槽壁坍塌失稳的发生机理和破坏模式尚不明确这一工程问题,利用空间离散技术和极限分析上限定理,构建地下连续墙槽壁土体坍塌失稳的二维离散型破坏机制。通过将Mohr-Coulomb非线性破坏准则引入能耗计算,推导极限状态下地下连续墙槽壁安全系数的上限目标函数,并利用优化计算得到地连墙槽壁安全系数上限解。为了验证理论计算的正确性,采用数值模拟技术结合强度折减法计算地连墙槽壁安全系数数值解,并与上限解进行对比。对比结果表明,上限解和数值解基本一致,说明本文计算得到的安全系数上限解是有效的。在此基础上,对不同参数作用下的槽壁安全系数进行分析。研究结果表明：地连墙槽壁安全系数随土体非线性系数、重度、轴向拉应力的增大而减小,随土体初始黏聚力、泥浆高度、泥浆重度的增大而增大;极限状态下槽壁坍塌范围随着非线性系数的增大而增大,随初始黏聚力的增大而缩减。土体非线性破坏特征对地连墙槽壁的稳定性有重要影响,在地连墙的设计和施工过程中有必要考虑土体的非线性破坏特征。     

非饱和土体水平冻结过程中的水热耦合作用机制研究

土体在冻结过程中伴随热量传递、冰水相变、水分迁移等演化过程，其水热耦合作用机制非常复杂。为此，在进行演化方程组解耦、冻结锋面精细化处理的同时，采用土体冻结特征曲线改进未冻含水量计算，引入总含水量优化冰组分生成，提出一种新的水平冻结水热耦合理论计算模型。基于隐式有限差分方法对该模型进行数值求解，结合试验结果验证其有效性。最后，以张掖壤土为研究对象，分析非饱和土体的水热耦合演化规律。研究表明，土体在冻结过程中，未冻区的水分会向冻结区迁移，在锋面位置处发生水分积聚；在孔隙率相同的情况下，土体的初始含水量越高，其温度下降速度越快，冻结区含水量的增加也更为显著。土体的冷源温度越高，冻结锋面的发展速度越慢，从而使得水分迁移时间更为充分，对应的冻结区平均含水量越高，水分积聚现象也越突出。冰阻抗在冻结锋面附近影响土体中的水分迁移，使其含水量及热扩散系数下降，从而影响温度场的演化。     

传热系数及围岩条件对寒区隧道温度场影响

研究目的:以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究传热系数、围岩初始温度、导热系数和比热容对温度场的影响,并建立围岩初始温度与保温层设计厚度间的数学关系式.研究结论:(1)围岩导热系数和初始温度对径向温度场的...     

高速机车轴盘制动装置温度场分析

通过计算接触面热阻、间隙导热系数和表面换热系数,在ANSYS里建立三维模型,比较真实地模拟了机车轴盘制动装置制动过程的热量传递.分析了其温度场和热应力分布,并讨论了相关参数对盘毂与外空心轴过盈面温度和温度梯度的影响,结果表明:紧急制动时,制动盘最高温度在制动53 s时刻,而最大热应力出现在17 s时刻,最大热应力值为432 MPa,小于制动盘许用应力;可以采取增大制动盘和盘毂间隙来增大热阻,减小温度梯度对过盈配合的影响.     

冷却水管法控制承台大体积混凝土温度参数研究

混凝土施工规范中规定了大体积混凝土需要采用冷却水管作为温度控制措施,但没有明确冷却水管设置参数,不方便现场操作。本文以某斜拉桥承台混凝土浇筑为工程背景,采用MIDAS CIVIL建立实体模型,对冷却水管在不同间距、进水温度、水流速度及管径参数下的降温效果进行研究,并探讨模板对混凝土的温度影响。结果表明,冷却水管间距和长度对混凝土绝热温升影响很大,而进水温度、管径、水流速度影响相对较小,可以忽略不计;模板虽然不影响混凝土的绝热温升,但可以有效降低芯表温差和外部混凝土降温速率,从而降低混凝土开裂风险,施工时应该采用导热系数小的木模板或者外部采取保温措施的钢模板。     

某轻型地铁列车客室地板型材传热特性数值研究

文章对某轻型地铁列车客室地板型材的稳态传热特性进行了数值研究,在验证了数值计算模型和算法准确性的基础上,通过多因素分析研究了翅片厚度、翅片个数和翅片倾斜角度对型材导热系数的影响,并拟合得到型材导热系数与相关研究变量之间的数学关系.同时对计算公式的应用进行了分析,得到不同长度地板型材导热系数的计算公式.     

基于热传递的寒区铁路桥台温度场规律研究

寒区铁路桥台受恶劣气候条件带来的温度场变化影响，产生了多种结构病害并威胁着线路运营安全。针对这一问题，本文建立典型铁路桥台有限元模型，研究建设完工后一年周期内的温度场变化规律，分析了台前及台后土体一定埋深范围内地温曲线的变化特征，对比分析了不同土质条件下的冻结深度差异。研究表明：桥台完工后的初始温度影响了台后土的地温分布，桥台建设及台后土的填筑导致地温温度场进行了重分布；在初始温度相同情况下，土体参数的不同导致冻结深度不同，冻胀土体冻结深度明显大于不冻胀土体，本文计算的最大冻结深度达7 m。     

铁路站房地源热泵系统工程热平衡分析

结合具体工程,根据某车站空调采暖系统设计工况及该工程地埋管换热特性测试报告,采用地源热泵系统作为冷热源。考虑地源热泵系统的冷热平衡需要,分析采用地源热泵+锅炉辅助系统及太阳能地源热泵耦合系统两种不同热平衡方案用于铁路站房,计算各自需要的热泵机组容量及室外埋管换热器具体设计规模。详细介绍两种系统的冷热平衡方式,并对各自特点及工程运用进行论述,提出在具体工程中因地制宜,应根据不同情况,采用合适的系统热平衡方式。     

土壤源热泵系统长期运行最优化模拟与设计

建立了包括建筑物内系统、热泵机组和U型地埋管换热器在内的完整的地源热泵系统模型,分析了不同建筑物负荷类型,钻孔长度和热泵容量对系统长期运行性能和运行费用的影响,提出了地源热泵系统优化设计的方法,对合理设计地源热泵系统有指导意义。     

基于Peck公式的双线隧道地面沉降模型及参数研究

双线平行盾构施工中,引起地面沉降的因素有很多,主要包括两隧道间距、隧道埋深、隧道直径、土质条件、施工方案和施工水平等.依托处于郑州地区典型地质单元的双线隧道盾构施工地表沉降监测数据,在Peck公式的基础上,建立起地表沉降分布函数关系;通过对实测数据进行拟合分析,得出沉降槽宽度系数和土体损失率等参数的数值.研究发现:在隧...     

铁路路堑型明洞顶部垂直土压力的研究

由于受到地形限制或平山造地政策的影响,浅埋明洞回填深度可能较大。而规范中的土柱法仅适用于回填高度较低的情况且并未对回填土高度做出明确规定,所以简单使用土柱法已经不能满足工程安全与经济的要求。为明确明洞回填土荷载,基于Marston理论考虑明洞拱部上方内外土柱变形差异以及偏压回填情况,建立路堑型明洞拱顶垂直土压力计算模型和计算公式,给出不同埋深土压力系数的取值,理论计算与有限元结果相吻合。研究结果表明:路堑型明洞拱顶垂直土压力变化趋势为先增大后减小;埋深大于10 m时,路堑对称型明洞拱部垂直土压力的分布规律不再随埋深改变而发生变化;路堑偏压型的分布规律则随埋深变化而变化,埋深增大两侧土压力分布系数差值越小。     

隧道盾构掘进引起的地表沉降研究

结合天津地下直径线工程实例,通过建立模型和模拟盾构开挖,采用数值模拟和现场监测相结合方法,对盾构掘进中建筑物附近的地表沉降进行研究,分析盾构掘进前、穿越及离开5个阶段地面的沉降规律。监测和计算结果表明,因初始应力状态改变造成土层变形、地层损失和降水引起的固结变形是造成地表沉降的主要因素;将计算得到的盾构掘进中周围土体位移场和隧道纵、横断面地面沉降曲线与监测纵断面沉降曲线进行比较,反映的沉降规律一致,说明数值模拟在计算地表沉降中可行。     

考虑松动区高度影响的城市深埋隧道松动土压力研究

传统的太沙基松动土压力理论是基于浅埋地层这一基本假定建立的，其对于城市深埋地层不具备适用性。在深埋土质隧道土拱效应完全发挥情况下，考虑主应力轴旋转修正无黏性土侧压力系数计算方法；基于有限差分数值平台开展不同埋深、不同内摩擦角下的有限元模拟确定深埋黏性土层的破坏模式。给出考虑主应力轴旋转和内摩擦角对松动区高度影响的深埋无黏性土、黏性土地层的松动土压力计算公式，以实现对城市深埋土质隧道上覆土压力的准确计算。修正公式计算结果与文献、数值模拟结果对比分析结果表明：在深埋情况下，无黏性土层松动土压力修正公式计算结果与文献结果吻合良好；土体强度参数会对黏性土松动区高度造成影响，即随着内摩擦角的增大，松动区高度不断减小；黏性土层松动土压力修正公式计算结果与数值模拟结果吻合良好。     

软土区地铁车站基坑取消换撑可行性分析研究

为深入研究软土地区地铁车站深基坑中取消换撑的可行性和实际决策过程中所需要考虑的工程因素，依托现场实测数据，探究基坑变形的变化规律，总结有换撑区段与无换撑区段的变形差异，提出地铁车站基坑取消换撑的可行性建议。研究结果表明：不同的环境因素会导致基坑地下连续墙和地表沉降呈现出不同的变形规律及幅度；在实际工程中，应根据实际工程地质、施工工况、监测数值并结合变形计算或有限元模拟等初期计算结果综合判断深层土体应力释放变形是否充分，从而决定是否取消换撑，同时对于存在复杂环境因素或较多不利因素的截面应该保留换撑，以防后续产生无法预测的测斜量激增。