地埋管换热仿真从入门到进阶专题90讲:基于Workbench单管/管群/U型管和螺旋管工程案例实战

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本课适合那些人学习:

1、学习型仿真工程师

2、理解有限元基本概念、熟悉仿真分析流程的工程师

3、从事换热仿真的工程师

4、ANSYS-SCDM、ANSYS MESHING、GAMBIT、FLUENT、TECPLOT、CFD POST软件学习和应用者

5、对地埋管(单管、管群;U型管、螺旋管)换热性能研究的在校学生和教师


对学员的帮助是什么:

1、FLUENT换热仿真的基本操作方法和原理;

2、U型地埋管、管群仿真的处理方式,ANSYS MESH网格制作方法;螺旋地埋管仿真的处理方式,ANSYS MESH、GAMBIT局部加密网格制作方法;

3、FLUENT相关软件的应用方式。

4、地下水渗流的处理方式;

5、多孔介质模型的应用。

6、为订阅用户开具电子发票,所有订阅用户均可获得相关案例的模型源文件和参数

7、为订阅用户提供90天答疑专栏服务和VIP群交流,后续可以围绕用户交流的内容进行加餐直播,其他用户可加入Workbench软件交流群。


课程介绍:

课程分为若干专题:单管、管群(U型管),螺旋管。

一、课程特色

  • 基本知识:地埋管仿真的实现原理、相关参数和变量的仿真实现方式和意义、操作流程及相关注意事项等

  • 认识仿真流程:主要包括仿真基本的流程、网格划分的要点、仿真参数的设置及其含义。

  • ANSYS  SCDM地埋管的仿真模型的快速建模、更改计算域的快速处理方式; CREO螺旋管生成方法。

  • 地埋管换热模型的网格划分:ANSYS  MESH网格划分流程讲解,相关参数的含义,划分技巧、网格质量评价和优化方式,网格调整方式及意义; GAMBIT网格划分的流程、网格调整方式。

  • Fluent求解:物理模型选择,边界条件、物理模型参数设置(土壤参数、埋管参数、换热水参数)、求解器设置、初始值设置、渗流的仿真实现、相关理论及参数实际意义等,监测关键参数变化曲线,实列演示仿真求解设置流程、仿真结果处理方法,理解地埋管换热在有无渗流和不同渗流条件下的特点,提高仿真效率和收敛性的方法。

二、课程安排

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请各位苹果手机和IOS系统的用户不要通过app下单支付,通过仿真秀官网https://www.fangzhenxiu.com/course/1942320?price=charge购买本课程。登陆并购买成功后,仍旧支持苹果手机APP与官网同步观看本视频。

地埋管管群换热仿真专题

01

参考文献

王瑜,刘志成. 地下水渗流对地源热泵竖直双U地埋管群传热特性的影响[J]. 实验室研究与探索,2019,38(9):52-57.

02

基本情况

如下图(截自参考文献)所示包含九个地埋管的井群(管群)模型,其中地埋管均为双U管(即每孔两根U型管)。

材料参数可参考下表(实际制作时取值与表中略有区别)。

03

计算工况及网格

实际仿真使用的模型图(地埋管埋入深度140m,回填土深度142m;计算域为长方体,尺寸为35mX35mX142m)。土壤初始温度为17℃,水初始温度16℃。进口流速0.4m/s,温度5℃,出口回流温度9.6℃。

计算时,考虑土壤的分层和渗流,模型中对各层土壤进行了划分(即将模型中土壤部分切成若干层,如上图)。各层土壤参数可参考下表(根据实际取值)。

地下水渗流以及管孔布置如下图所示,渗流方向与X轴呈30度夹角。

相关信息(摘自文献):不考虑地下水渗流时,模型中1#、3#、7#、9#处于井群的顶角位置,称为“角井”; 2#、4#、6#、8# 处于边缘部位,称为“边井”; 5#处于井群的中间部位,称为“中井”。

考虑渗流时,各层土壤简化为均一的多孔介质,相关参数可参考下表(根据实际取值)。

03

基本结果(120天)

残差曲线中间波动较大的地方是将时间步长由60秒修改到86400秒的位置。

1 地下水渗流速度很大时的结果

如第一层的渗流速度为-5次方量级

各埋管间的相互影响很小。

地下3米水平面温度分布

地下30米水平面温度分布

立面温度分布

各层土壤性质及渗流速度不同,温度分布不同。

监测点的温度变化曲线

2 地下水渗流速度很小时的结果

各层渗流速度分别比前一种情况小100-500倍。

从图上可见,渗流速度小时,各埋管间的相互影响很大

地下3米水平面温度分布

地下30米水平面温度分布

立面温度分布

分层面位置很明显。

这些图形近似对称(有渗流时肯定不完全对称),其实是因为工况时间比较短。若计算的工况时间较长,比如640天结果图如下:

使用软件处理一下比较漂亮

3 假定土壤为各向异性多孔介质

此为假定情况,实际来说肯定不会是这样的。

此处假定土壤中沿渗流速度方向(与X轴正向呈30度夹角方向)渗流阻力较小(与前两种情况两同),其余两个方向上渗流阻力为该方向的100倍。

由如下结果图可见,若假设沿渗流速度方向阻力较小时,云图中的小尾巴更加明显了。

120d-z6.png

单孔U形地埋管(地源热泵)换热仿真专题

01模型图

02仿真工况

入口条件:流体速度0.6m/s,velocity inlet,水温36℃,直径26mm。

土壤原始温度为:即初始温度16℃(FLUENT中可使用Patch)。

计算域外围和底部设为初温16℃,计算域顶部设为绝热边界。

03网格图

使用ANSYS MESH制作混合网格(六面体、三棱柱和四面体)。其实为有效降低网格纵横比,可以考虑整体均使用棱柱网格。

04

基本结果

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404-362d-4.png404-362d-5.png

螺旋地埋管换热仿真专题

01案例介绍

水平螺旋埋管埋深在地下10米,流体水进口温度38度,流速0.6m/s。运行140h,其周围土壤温度分布。

土壤长方体长7.5m,宽7.5m,高12m。回填体长7.5m,宽2m,高2m。

管内流体为水,进口温度为38度,流速为0.6m/s。初始土壤和回填土温度为289(16℃)。

02网格情况

非结构网格,管壁附近加密。

03仿真基本结果

250 100-Z-T3.png250-X-temperature.jpg250-Y-temperature.jpg


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