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新型LID复合螺旋“能源桩”系统的热湿耦合迁移特性及强化换热规律

批准号:
52106283
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘亚姣
学科分类:
可再生能源与新能源转化利用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘亚姣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对既有地下国防工程空调系统面临的军事隐蔽性差、连续保障困难及日常运维不便等现实问题,提出新型LID复合螺旋“能源桩”系统,以取代既有空调系统中的冷却塔或冷却水池。采用理论分析、数值模拟与实验测试相结合的手段,探究该新型系统的热湿耦合迁移特性,揭示其强化换热规律。项目预期将建立该新型系统的高效“二维环管”饱和—非饱和热湿耦合换热数值模型,阐明“热干扰效应”及“湿衰减效应”的深层作用机理,提出对应定量评价标准;并探索不同参数下该新型系统的强化换热规律及沿程换热机制,借助BP神经网络确定最优系统形式。项目成果对于既有地下国防工程空调系统的改造升级具有重要参考价值,对螺旋“能源桩”地下换热器的优化创新具有重要推动意义。
英文摘要
Aiming at the practical problems of poor military concealment, difficulty in continuous support, and inconvenience in daily operation and maintenance faced by the existing underground national defense engineering air conditioning system, a novel LID composite spiral “energy pile” system is proposed to replace the cooling tower or cooling pool in the existing air conditioning system. A combination method of theoretical analysis, numerical simulation and experimental testing is used to explore the coupled heat and moisture transfer characteristics of the novel system and reveal its enhanced heat transfer law. The project is expected to establish a high-efficiency “two-dimensional loop” saturated-unsaturated heat and moisture coupled heat transfer numerical model of the novel system, clarify the in-depth mechanism of the "thermal interference effect" and "moisture attenuation effect", and propose corresponding quantitative evaluation standards. What’s more, the enhanced heat transfer law and heat transfer mechanism of the new system under different parameters is explored in the project, and the optimal system form with the help of BP neural network is determined. The project results have important reference value for the transformation and upgrading of the existing underground national defense engineering air-conditioning system, and have important promotion significance for the optimization and innovation of the spiral "energy pile" underground heat exchanger.
本项目在传统螺旋“能源桩”结构的基础上,提出了新型LID复合螺旋“能源桩”系统,以期应用于地下国防工程空调排热,从根源上解决既有空调系统面临的军事隐蔽性差、连续保障困难及日常运维不便等难题。通过推导总结全工况条件下的土壤饱和—非饱和热湿耦合理论、构建新型LID复合螺旋“能源桩”系统的“二维环管”饱和—非饱和热湿耦合换热数值模型、搭建室内微缩换热实验平台,借助构建的“热干扰效应”和“湿衰减效应”定量评价标准、强化换热能力的定量评价指标及快速计算沿程换热量的方法,从理论、实验、模拟多层面探究了螺旋能源桩传热过程中的动态热湿耦合迁移特性和强化换热规律,最后基于BP神经网络和遗传算法对该新型系统主要结构参数进行了优化。研究发现,本项目构建的新型LID复合螺旋“能源桩”系统的“二维环管”饱和—非饱和热湿耦合换热数值模型模拟准确度较高,可有效反映新型LID复合螺旋“能源桩”系统的热湿耦合换热过程。雨水下渗增加了螺旋能源桩上部区域的含水量,强化了能源桩排放热量向四周的扩散传递,本项目提出的新型LID复合螺旋“能源桩”系统在有降雨工况下的换热量相比无降雨工况提升了约12.6%。结构参数中,螺距、桩径、桩深对该系统的换热能力具有较大影响,降雨雨型、覆土厚度、下凹深度、汇水面积比值的影响次之。此外在进行系统设计施工时,应提高S1阶段和S3阶段占整个地埋管的比例(螺旋能源桩沿流动方向存在三个换热阶段),还应选择热扩散性好、导水能力强的土质回填。
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