Жерасты ұңғымалы жылу алмастырғыштың жылу беруiн жақсарту параметрлерiн зерттеу
DOI:
https://doi.org/10.26577/JMMCS.2022.v115.i3.07Кілттік сөздер:
жерасты ұңғымалы жылуалмастрығыш, жер жылу сорғысы, жылу өнiмділігі, кеуектi ортадағы жылу және масса тасымалы, жылуөткiзгiштiк, жылуалмастырғыш геометриясы, математикалық модель, сандық шешiмАннотация
Бұл жұмыста жер жылу сорғысында пайдалану үшiн жерасты ұңғымалы жылу алмастырғышының жылу беруiн жақсарту параметрлерiн зерттеу қарастырылады. Тиiмдiлiк параметрлерiн зерттеу авторлар әзiрлеген жер жылу сорғысының тәжiрибелiк прототипi негiзiнде жүргiзiлдi. Кеуектi ортадағы жылу мен масса алмасудың үш өлшемдi теңдеулерi негiзiнде жерасты жылу алмастырғыш өнiмдiлiгiн есептеудiң математикалық моделi жасалды. Сандық шешiм COMSOL Multiphysics бағдарламалық жасақтамасы арқылы жүзеге асырылды. Сандық есептеу алгоритмi жасалған прототиптiң тәжiрибелiк деректерiмен салыстыру арқылы тексерiлдi. ұңғымадағы құбыршалардың әртүрлi геометриялық конфигурациялары бар жерасты ұңғымалы жылу алмастырғышының өнiмдiлгi есептеулерi жүргiзiлдi. Құбыршаның диаметрi ұлғайан сайын жылу беру артады. Құбырша диаметрi 40 мм, жылу алмастырғыштың жылу өнiмдiлiгi жылу айдау режимiнде 42,4 Вт/м құрады, бұл диаметрi 20 мм болғандағы жағдайға қарағанда 24 % артық. Ұңғыманың тереңдiгi артқан сайын жылу беру тиiмдiлiгi артады. Құбырша материалының, грут материалының және әр түрлi жерасты материалдар (топырақ) түрлерiнiң жылу өткiзгiштiк коэффициенттерiнiң жылу беру өнiмдiлiгiне әсерi зерттелдi. Жерасты бетон мен топырақ жылу өткiзгiштiк коэффициенттерiнiң жоғарылауымен жылу ағыны артады, алайда 6,0 Вт/м К-ден жоғары жылу ағыны айтарлықтай өзгермейдi. Құбырша материалының жылу өткiзгiштiк коэффициентi 1,0 Вт/м К жоғары болғанда, жылу ағындары айтарлықтай өзгермейдi. Жалпы, жылу өткiзгiштiк коэффициенттерi 0,24-0,42 Вт/м К аралығында өзгеретiн жерасты жылу алмастырғыштардың түтiктерi үшiн қңрамында пластмасса бар материалдар қолданылады.
Библиографиялық сілтемелер
[2] Javed S., Spitler J., "ccuracy of borehole thermal resistance calculation methods for grouted single U-tube ground heat exchangers" , Applied Energy 187 (2017): 790-806.
[3] Fang L., Fang Zh., Zhu K., "Study on the efficiency of single and double U-tube heat exchangers" , Procedia Engineering 205, (2017): 4045-4051.
[4] Ma Zh., Xia L., Gong X., Kokogiannakis G., Wang Sh., Zhou X., "Recent advances and development in optimal design and control of ground source heat pump systems" , Renewable and Sustainable Energy - Reviews 131 (2020): 110001
[5] Ingersoll L.R., Zoel O.J., Ingersoll A.C., "Heat Conduction: with Engineering, Geological and Other Applications"
Madison: Madison University of Wisconsin Press (1954): 325
[6] Carslaw, H.S., Jaeger, J.C., "Conduction of Heat in Solids" , Claremore Press - Oxford (1959).
[7] Soni S.K., Pandey M., Bartaria V.N., "Around coupled heat exchangers: a review and applications" , Renew. Sustain. Energy Rev. 47 (2015): 83-92.
[8] Hecht-Mendez J., de Paly M., Beck M., Bayer P., "Optimization of energy extraction for vertical closed-loop geothermal systems considering groundwater flow" , Energy Convers Manag. 66 (2013): 1-1.
[9] Zeng H.Y., Diao N.R., Fang Z.H., "A finite line-source model for boreholes in geothermal heat exchangers" , Heat Transf. Asian Res. 31 (2002).
[10] Pu L., Qi D., Li K., Tan H., Li Y., "Simulation study on the thermal performance of vertical U-tube heat exchangers for ground source heat pump system" , Appl. Therm. Eng. 79 (2015): 202-213.
[11] Salilih E., Abu-Hamdeh N., Oztop H., "Analysis of double U-tube ground heat exchanger for renewable energy applications with two-region simulation model by combining analytical and numerical techniques" , Int. Commun. Heat Mass Transfer 123 (2021).
[12] Molina-Giraldo N., Blum P., Zhu K., Bayer P., Fang Z., "A moving finite line source model to simulate borehole heat exchangers with groundwater advection" , Int J. Therm. Sci. 50 (2011): 2506-2513.
[13] Madani H., Claesson J., Lundqvist P., "Capacity control in ground source heat pump systems part II: comparative analysis between on/off controlled and variable capacity systems" , Int. J. Refrig. 34 (2011): 1934-1942.
[14] Badescu V., "Economic aspects of using ground thermal energy for passive house heating" , Renew. Energy 32 (2007): 895–903.
[15] Amanzholov T., Akhmetov B., Georgiev A., Kaltayev A., Popov R., Dzhonova-Atanasova D., Tungatarova M., "Numerical modelling as a supplementary tool for Thermal Response Test" , Bulg. Chem. Commun. 48 (2016): 109-114
