Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності
За допомогою математичної моделі процесу теплообміну між повітрям, що рухається в вертикальному теплообміннику, і масивом грунту, яка пов'язує між собою енергетичні показники грунтового теплообмінника з його параметрами, а також природно-кліматичними умовами, встановлено, що ефективна теплова е...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геофизический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2018
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145424 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності / О.С. Ковязін // Геофизический журнал. — 2018. — Т. 40, № 2. — С. 164-170. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-145424 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ковязін, О.С. 2019-01-21T16:38:46Z 2019-01-21T16:38:46Z 2018 Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності / О.С. Ковязін // Геофизический журнал. — 2018. — Т. 40, № 2. — С. 164-170. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 0203-3100 DOI: 10.24028/gzh.0203-3100.v40i2.2018.128938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145424 621.1.016.4 : 620.92 За допомогою математичної моделі процесу теплообміну між повітрям, що рухається в вертикальному теплообміннику, і масивом грунту, яка пов'язує між собою енергетичні показники грунтового теплообмінника з його параметрами, а також природно-кліматичними умовами, встановлено, що ефективна теплова енергія за час функціонування теплообмінника лінійно залежить від температуропроводности грунту як для окремо розташованого теплообмінника, так і для двох теплообмінників, розташованих на міжосьовій відстані 4 м. Ви іслітельний експеримент проводився з використанням пакету обчислювальної гідродинаміки ANSYS Fluent. Визначено температурне поле охолоджуваного повітря і масиву грунту для грунтів різної температуропроводности. Встановлено, що температуропровідність грунту є визначальним показником його енергетичного потенціалу і дуже сильно впливає на ефективну теплову потужність, особливо при тривалому часу функціонування грунтового теплообмінника. Від грунту з температуропроводностью 1,03 ∙ 10-6 м2 / с можна отримати приблизно в 3,6 рази більше ефективної теплової енергії за час функціонування теплообмінника, ніж від грунту з температуропроводностью 0,32 ∙ 10-6 м2 / с. С помощью математической модели процесса теплообмена между воздухом, движущимся в вертикальном теплообменнике, и массивом грунта, которая связывает между собой энергетические показатели грунтового теплообменника с его параметрами, а также природно-климатическими условиями, установлено, что эффективная тепловая энергия за время функционирования теплообменника линейно зависит от температуропроводности грунта как для отдельно расположенного теплообменника, так и для двух теплообменников, расположенных на межосевом расстоянии 4 м. Вычислительный эксперимент проводился с использованием пакета вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent. Определено температурное поле охлаждаемого воздуха и массива грунта для грунтов различной температуропроводности. Установлено, что температуропроводность грунта является определяющим показателем его энергетического потенциала и очень сильно влияет на эффективную тепловую мощность, особенно при длительном времени функционирования грунтового теплообменника. От грунта с температуропроводностью 1,03∙10-6 м2/с можно получить примерно в 3,6 раза больше эффективной тепловой энергии за время функционирования теплообменника, чем от грунта с температуропроводностью 0,32∙10-6 м2/с. It was found with the help of mathematical model of the process of heat exchange between the air moving in vertical heat exchanger and the massif of soil, which connects energetic factors of the soil heat exchanger with its parameters as well as natural-climatic conditions that effective thermal energy during the term of heat exchanger functioning depends linearly on thermal diffusivity of soil both for separate heat exchanger and for two heat exchangers located at 4m between axes. Calculative experiment was conducted with application of the packet of calculative hydrodynamics ANSYS Fluent. Temperature field of the air being cooled and of the massif of soil has been detected for the soils with different thermal diffusivity. It has been found that temperature diffusivity of the soil is a determinative factor of energy potential of soil and has a dramatic effect on the effective thermal capacity especially for long-term functioning of soil heat exchanger. From the soil with temperature diffusivity 2,68 m2/s we can obtain approximately 3,6 times as more effective thermal energy while heat exchanger is functioning than from the soil with temperature diffusivity 0,83 m2/s. uk Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геофизический журнал Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності Исследование функционирования теплообменника в почвах различной температуропроводности Study of functioning of heat exchanger in soils with different thermal diffusivity Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності |
| spellingShingle |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності Ковязін, О.С. |
| title_short |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності |
| title_full |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності |
| title_fullStr |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності |
| title_full_unstemmed |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності |
| title_sort |
дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності |
| author |
Ковязін, О.С. |
| author_facet |
Ковязін, О.С. |
| publishDate |
2018 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Геофизический журнал |
| publisher |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Исследование функционирования теплообменника в почвах различной температуропроводности Study of functioning of heat exchanger in soils with different thermal diffusivity |
| description |
За допомогою математичної моделі процесу теплообміну між повітрям, що рухається в вертикальному теплообміннику, і масивом грунту, яка пов'язує між собою енергетичні показники грунтового теплообмінника з його параметрами, а також природно-кліматичними умовами, встановлено, що ефективна теплова енергія за час функціонування теплообмінника лінійно залежить від температуропроводности грунту як для окремо розташованого теплообмінника, так і для двох теплообмінників, розташованих на міжосьовій відстані 4 м. Ви іслітельний експеримент проводився з використанням пакету обчислювальної гідродинаміки ANSYS Fluent. Визначено температурне поле охолоджуваного повітря і масиву грунту для грунтів різної температуропроводности. Встановлено, що температуропровідність грунту є визначальним показником його енергетичного потенціалу і дуже сильно впливає на ефективну теплову потужність, особливо при тривалому часу функціонування грунтового теплообмінника. Від грунту з температуропроводностью 1,03 ∙ 10-6 м2 / с можна отримати приблизно в 3,6 рази більше ефективної теплової енергії за час функціонування теплообмінника, ніж від грунту з температуропроводностью 0,32 ∙ 10-6 м2 / с.
С помощью математической модели процесса теплообмена между воздухом, движущимся в вертикальном теплообменнике, и массивом грунта, которая связывает между собой энергетические показатели грунтового теплообменника с его параметрами, а также природно-климатическими условиями, установлено, что эффективная тепловая энергия за время функционирования теплообменника линейно зависит от температуропроводности грунта как для отдельно расположенного теплообменника, так и для двух теплообменников, расположенных на межосевом расстоянии 4 м. Вычислительный эксперимент проводился с использованием пакета вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent. Определено температурное поле охлаждаемого воздуха и массива грунта для грунтов различной температуропроводности. Установлено, что температуропроводность грунта является определяющим показателем его энергетического потенциала и очень сильно влияет на эффективную тепловую мощность, особенно при длительном времени функционирования грунтового теплообменника. От грунта с температуропроводностью 1,03∙10-6 м2/с можно получить примерно в 3,6 раза больше эффективной тепловой энергии за время функционирования теплообменника, чем от грунта с температуропроводностью 0,32∙10-6 м2/с.
It was found with the help of mathematical model of the process of heat exchange between the air moving in vertical heat exchanger and the massif of soil, which connects energetic factors of the soil heat exchanger with its parameters as well as natural-climatic conditions that effective thermal energy during the term of heat exchanger functioning depends linearly on thermal diffusivity of soil both for separate heat exchanger and for two heat exchangers located at 4m between axes. Calculative experiment was conducted with application of the packet of calculative hydrodynamics ANSYS Fluent. Temperature field of the air being cooled and of the massif of soil has been detected for the soils with different thermal diffusivity. It has been found that temperature diffusivity of the soil is a determinative factor of energy potential of soil and has a dramatic effect on the effective thermal capacity especially for long-term functioning of soil heat exchanger. From the soil with temperature diffusivity 2,68 m2/s we can obtain approximately 3,6 times as more effective thermal energy while heat exchanger is functioning than from the soil with temperature diffusivity 0,83 m2/s.
|
| issn |
0203-3100 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145424 |
| citation_txt |
Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності / О.С. Ковязін // Геофизический журнал. — 2018. — Т. 40, № 2. — С. 164-170. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT kovâzínos doslídžennâfunkcíonuvannâteploobmínnikaugruntahríznoítemperaturoprovídností AT kovâzínos issledovaniefunkcionirovaniâteploobmennikavpočvahrazličnoitemperaturoprovodnosti AT kovâzínos studyoffunctioningofheatexchangerinsoilswithdifferentthermaldiffusivity |
| first_indexed |
2025-11-25T20:36:32Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:36:32Z |
| _version_ |
1850524075254874112 |
| fulltext |
О. С. КОВЯЗІН
164 Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018
Вступ. Ефективне ведення галузі тва-
ринництва неможливе без повноцінної
годівлі та створення оптимальних умов
утримання тварин, які в основному визна-
чаються мікрокліматом. Охолодження (на-
грівання) припливного повітря для тварин-
ницьких приміщень може бути здійснено
за допомогою геотермальної вентиляції,
яка дає змогу використовувати теплову
енергію поверхневих шарів Землі.
Принцип дії геотермальної вентиляції
з використанням ґрунтових теплообмін-
ників (рис. 1) полягає у тому, що повітря,
яке має температуру Т1, подається на вхід
ґрунтового теплообмінника і віддає (від-
бирає) тепло ґрунту. У результаті повітря
охолоджується (нагрівається), набуваючи
температуру Т2, і подається у тваринниць-
ке приміщення. Свердловина заповнена
тампонажним розчином з високою тепло-
провідністю, що покращує теплообмін між
УДК 621.1.016.4 : 620.92 DOI: 10.24028/gzh.0203-3100.v40i2.2018.128938
Дослідження функціонування теплообмінника
у ґрунтах різної температуропровідності
© О. С. Ковязін, 2018
Запорізька державна інженерна академія, Запоріжжя, Україна
Надійшла 25 січня 2018 р.
С помощью математической модели процесса теплообмена между воздухом, дви-
жущимся в вертикальном теплообменнике, и массивом грунта, которая связывает
между собой энергетические показатели грунтового теплообменника с его параме-
трами, а также природно-климатическими условиями, установлено, что эффективная
тепловая энергия за время функционирования теплообменника линейно зависит от
температуропроводности грунта как для отдельно расположенного теплообменника,
так и для двух теплообменников, расположенных на межосевом расстоянии 4 м.
Вычислительный эксперимент проводился с использованием пакета вычислитель-
ной гидродинамики ANSYS Fluent. Определено температурное поле охлаждаемого
воздуха и массива грунта для грунтов различной температуропроводности. Уста-
новлено, что температуропроводность грунта является определяющим показателем
его энергетического потенциала и очень сильно влияет на эффективную тепловую
мощность, особенно при длительном времени функционирования грунтового тепло-
обменника. От грунта с температуропроводностью 1,03·10–6 м2/с можно получить
примерно в 3,6 раза больше эффективной тепловой энергии за время функциони-
рования теплообменника, чем от грунта с температуропроводностью 0,32·10–6 м2/с.
Ключевые слова: поверхностные слои Земли, тепловая энергия, почвенный те-
плообменник, температуропроводность грунта.
обсадною трубою і ґрунтом. Обсадна труба
виконана з матеріалу з високою теплопро-
відністю, наприклад сталі. При цьому між
внутрішньою поверхнею обсадної труби те-
плообмінника, що має внутрішній діаметр
D, і масивом ґрунту виникає тепловий потік
dQ/dt, величина якого визначає енерговідбір
теплообмінника від масиву ґрунту.
У публікаціях [Ковязин, 2013, 2017;
Shevchenko et al., 2017] розглянуто мате-
матичну модель процесу теплообміну між
повітрям, що рухається у вертикальному
теплообміннику, і масивом ґрунту, яка
пов’язує між собою енергетичні показ-
ники ґрунтового теплообмінника із його
параметрами і природно-кліматичними
умовами. Проте автори не проаналізували
вплив температуропровідності ґрунту на
енергетичні показники ґрунтового тепло-
обмінника, що і є метою цієї праці.
Основна частина. Відповідно до видан-
ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ ТЕПЛООБМІННИКА У ҐРУНТАХ РІЗНОЇ ...
Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018 165
ня [ASHRAE, 2017], ґрунти класифікують
за теплопровідністю на ґрунти з дуже низь-
кою теплопровідністю (λґ< 1 Вт/(м·K)), з низь-
кою теплопровідністю (1 < λґ < 1,5 Вт/(м·K)),
з нормальною теплопровідністю (1,5<
< λґ< 2 Вт/(м·K)), з високою теплопровідніс-
тю (2 < λґ < 2,5 Вт/(м·K)), з дуже високою
теплопровідністю (λґ > 2,5 Вт/(м·K)).
Для порівняння обрано три типи ґрун-
ту: з дуже низькою теплопровідністю —
глина густиною 1600 кг/м3 і вологістю 5 %,
теплофізичні характеристики ґрунту, за
[СНиП 2.02.04—88]: λґ = 0,58 Вт/(м·K), Сґ =
=1144 Дж/(кг·K),температуропровідність
а = 0,32·10–6 м2/с; з нормальною теплопро-
відністю — пісок густиною 1600 кг/м3 і
вологістю 10 %, теплофізичні характерис-
тики: λґ = 1,45 Вт/(м·K), Сґ = 1350 Дж/(кг·K),
температуропровідність а = 0,68·10–6 м2/с; з
дуже високою теплопровідністю — пісок
густиною 2000 кг/м3 і вологістю 10 %, тепло-
фізичні характеристики: λґ = 2,73 Вт/(м·K),
Сґ = 1340 Дж/(кг·K), температуропровід-
ність а = 1,03·10–6 м2/с.
Рис. 1. Поздовжній переріз ґрунтового теплообмінника.
О. С. КОВЯЗІН
166 Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018
Теплова потужність ґрунтового тепло-
обмінника
1 23,6
t
т п
VР С Т Т= ρ − ,
де Vt — об’ємна подача повітря в теплооб-
мінник, м3/год; ρ — густина повітря, кг/м3;
Cn — теплоємність повітря, кДж/(кг·K).
Потужність, що необхідна для прока-
чування повітря через ґрунтовий тепло-
обмінник, визначаємо за формулою [Лой-
цянский, 2003]
п3600
t
п
V pР Δ
=
η
,
де Δр — втрати тиску в ґрунтовому тепло-
обміннику, Па; ηп — повний ККД венти-
лятора.
Відомо [Рей, 1982], що передача енергії
у формі роботи є ціннішою, ніж переда-
ча енергії у формі тепла. Електродвигун
вентилятора потребує електроенергії, яка
перетворюється із теплової енергії з ве-
ликими втратами. Оцінити втрати, що ви-
никають у процесі вироблення електро-
енергії на електростанціях, а також під час
транспортування енергії по електричних
мережах, можна за допомогою коефіці-
єнта корисного використання (ККВ) пер-
винного енергоресурсу, який закріплений
у німецькому стандарті DIN 4701 (ч. 10).
Згідно з [Люке, 2011], питома витрата
пер винного енергоресурсу для електро-
енер гії становить 2,8, для геотермальної
енергії та інших поновлюваних джерел
енергії — 1,0. Тоді ефективну теплову по-
тужність визначаємо за формулою
е т ее пР Р k Р= − ,
де kee — питома витрата первинного енерго-
ресурсу для електроенергії, kee=2,8.
Ефективну теплову енергію за час
функціонування ґрунтового теплообмін-
ника отримаємо за виразом
( )1
1
n
ei i i
i
Е P t t −
=
= −∑ ,
де Peі — ефективна теплова потужність те-
плообмінника на і-му інтервалі часу функ-
ціонування.
У дослідженнях розглянуто окремо роз-
ташований теплообмінник і два теплооб-
мінники, що розташовані з міжосьовою
відстанню 4 м.
Обчислювальний експеримент [Снеги-
рев, 2009] проведено із застосуванням па-
кета обчислювальної гідродинаміки ANSYS
Fluent. Як метод просторової дискретизації
цей пакет використовує метод скінченних
об’ємів з розрахунком невідомих у центрах
комірок. Для зменшення кількості елемен-
тів скінченно-елементної сітки і економії
обчислювальних ресурсів [Бруяка, 2010]
застосовано симетрію з указанням умови
симетрії на площині, що проходить через
осі теплообмінників. Як роздільник ви-
користовували роздільник за тиском: на
вході Tn(x, y, 0, t) задавали рівномірний про-
філь швидкості v (velocity-inlet condition),
на виході передбачали постійний тиск p = 0
(pressure-outlet condition). Для моделюван-
ня турбулентності застосовували модель
Ментера (k-ω Shear Stress Transport або
SST модель) [Menter, 1993]. Для сполучення
швидкості і тиску використовували схему
«Coupled». Градієнти змінних розв’язку
в центрах комірок визначали методом
Гріна—Гауса по вузлах. Для інтерполяції
тиску застосовували метод «PRESTO!»,
для інтерполяції конвективних складових
— схему адвекції другого порядку. Також
застосовували конвертацію сітки в полі-
едричну. Після чого поліпшували якість
сітки із неодноразовим використанням
TUI команди /mesh/smooth «quality based».
Результати обчислювального експери-
менту (було прийнято Т1=303 K; t =107 c) з ви-
значення впливу температуропровідності
ґрунту на енергетичні показники ґрунто-
вого теплообмінника наведено в таблиці, а
температурні поля показано на рис. 2.
За даними таблиці побудовано графіки
(рис. 3, 4).
З рис. 3 бачимо, що температуропровід-
ність ґрунту дуже сильно впливає на ефек-
тивну теплову потужність, особливо за три-
валого часу функціонування ґрунтового
теплообмінника. Причому для ґрунту дуже
низької теплопровідності (λґ<1 Вт/(м·K))
ефективна теплова потужність з часом
ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ ТЕПЛООБМІННИКА У ҐРУНТАХ РІЗНОЇ ...
Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018 167
стрімко падає (майже у 5 разів для досліджу-
ваного інтервалу часу), а для ґрунту дуже
високої теплопровідності (λґ > 2,5 Вт/(м·K))
падіння ефективної теплової потужності
повільніше (приблизно у 2 рази).
З рис. 4 бачимо, що ефективна теплова
енергія за час функціонування теплообмін-
ника практично лінійно залежить від тем-
пературопровідності ґрунту як для окремо
розташованого теплообмінника, так і для
двох теплообмінників, що розташовані на
міжосьовій відстані 4 м. Причому від ґрунту
з температуропровідністю а = 1,03·10–6 м2/с
(пісок густиною 2000 кг/м3 і вологістю
10 %) можна отримати приблизно в 3,6
раза більше ефективної теплової енергії
за час функціонування теплообмінника,
ніж ґрунту з температуропровідністю
а = 0,32·10–6 м2/с (глина густиною 1600 кг/м3
і вологістю 5 %).
Висновки. Температуропровідність ґрун -
ту є визначальним показником енер -
ге тич ного потенціалу ґрунту і дуже силь-
но впливає на ефективну теплову потуж-
ність, особливо за тривалого часу функ-
ціонування ґрунтового теплообмінника.
Причому для ґрунту дуже низької тепло-
провідності ефективна теплова потужність
з часом стрімко падає, а для ґрунту дуже
високої теплопровідності це падіння є по-
вільнішим.
Рис. 3. Залежність ефективної теплової потужності
окремо розташованого ґрунтового теплообмінника
від часу функціонування для ґрунтів різної темпе-
ратуропровідності.
Рис. 2. Температурне поле охолоджуваного повітря і масиву ґрунту для ґрунтів різної температуропровідності
при функціонуванні двох теплообмінників для часу функціонування t =107 с.
Рис. 4. Залежність ефективної теплової енергії за
час функціонування теплообмінника від темпера-
туропровідності ґрунту.
О. С. КОВЯЗІН
168 Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018
Вплив температуропровідності ґрунту на енергетичні показники ґрунтового тепло-
обмінника
Час функ-
ціонування,
t, c
Охолоджен-
ня повітря,
ΔТ, K
Втрати
тиску, Δр,
Па
Теплова
потужність,
Рт, Вт
Потужність на
прокачування,
Рп, Вт
Ефективна те-
плова потуж-
ність, Ре, Вт
Ефективна теплова
енергія за час
функціонування, Е,
ГДж
Окремо розташований теплообмінник, а = 0,32·10–6 м2/с
103 15,25 348 3241 105 2948 0,003
104 12,22 346 2597 104 2306 0,024
105 7,67 343 1630 103 1341 0,144
106 4,64 342 986 103 698 0,77
107 3,10 341 659 103 372 4,12
Окремо розташований теплообмінник, а = 0,68·10–6 м2/с
103 15,92 348 3383 105 3090 0,003
104 13,88 347 2950 104 2658 0,027
105 10,82 345 2300 104 2009 0,208
106 7,65 343 1626 103 1337 1,41
107 5,64 342 1199 103 910 9,60
Окремо розташований теплообмінник, а = 1,03·10–6 м2/с
103 16,2 348 3443 105 3150 0,003
104 14,64 347 3111 104 2819 0,029
105 12,94 346 2750 104 2458 0,250
106 10,19 345 2166 104 1875 1,94
107 8,11 344 1724 103 1434 14,85
Два теплообмінники, а = 0,32·10–6 м2/с
103 15,25 348 3241 105 2948 0,003
104 11,27 345 2395 104 2104 0,022
105 7,64 343 1624 103 1335 0,142
106 4,57 342 971 103 683 0,757
107 3,01 341 640 103 353 3,93
Два теплообмінники, а = 0,68·10–6 м2/с
103 15,92 348 3383 105 3090 0,003
104 13,87 347 2948 104 2656 0,027
105 10,77 345 2289 104 1998 0,207
106 7,55 343 1605 103 1315 1,39
107 5,35 342 1137 103 849 9,03
Два теплообмінники, а = 1,03·10–6 м2/с
103 16,2 348 3443 105 3150 0,003
104 14,63 347 3109 104 2817 0,029
105 12,86 346 2733 104 2441 0,248
106 10,07 345 2140 104 1850 1,91
107 7,66 343 1628 103 1339 13,96
ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ ТЕПЛООБМІННИКА У ҐРУНТАХ РІЗНОЇ ...
Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018 169
Ефективна теплова енергія за час функ-
ціонування теплообмінника лінійно зале-
жить від температуропровідності ґрунту як
для окремо розташованого теплообмінни-
ка, так і для двох теплообмінників, що роз-
ташовані на міжосьовій відстані 4 м. При-
чому від ґрунту з температуропровідністю
1,03·10–6 м2/с можна отримати приблизно в
3,6 раза більше ефективної теплової енер-
гії за час функціонування теплообмінника,
ніж від ґрунту з температуропровідністю
0,32·10–6 м2/с.
Бруяка В. А., Фокин В. Г., Солдусова Е. А., Гла-
зунова Н. А., Адеянов И. Е. Инженерный
анализ в ANSYS Workbench. Самара: Изд.
Самар. гос. техн. ун-т, 2010. 271 с.
Ковязин А. С. Обоснование толщины теплоизо-
ляции внутренней трубы грунтового тепло-
обменника. Вестник двигателестроения.
2017. № 1. С. 19—24.
Ковязин А. С., Величко И. Г. Влияние материала
и толщины стенки обсадной трубы грун-
то вого теплообменника на теплоотбор из
массива грунта. Вісник Національного уні-
вер ситету «Львівська політехніка». 2013.
№ 758. С. 57—63.
Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа.
Москва: Дрофа, 2003. 840 с.
Люке А. Первичная энергия как критерий энер-
гетической эффективности. Энергосбере-
жение. 2011. № 4. С. 8—12.
Список літератури
Study of functioning of heat exchanger in soils with
different thermal diffusivity
© О. S. Kovyazin, 2018
It was found with the help of mathematical model of the process of heat exchange
between the air moving in vertical heat exchanger and the massif of soil, which connects
energetic factors of the soil heat exchanger with its parameters as well as natural-climatic
conditions that effective thermal energy during the term of heat exchanger functioning
depends linearly on thermal diffusivity of soil both for separate heat exchanger and for
two heat exchangers located at 4m between axes. Calculative experiment was conducted
with application of the packet of calculative hydrodynamics ANSYS Fluent. Temperature
field of the air being cooled and of the massif of soil has been detected for the soils with
different thermal diffusivity. It has been found that temperature diffusivity of the soil is
a determinative factor of energy potential of soil and has a dramatic effect on the effec-
tive thermal capacity especially for long-term functioning of soil heat exchanger. From
the soil with temperature diffusivity 2,68 m2/s we can obtain approximately 3,6 times as
Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. Москва:
Энергоиздат, 1982. 224 с.
Снегирев А. Ю. Высокопроизводительные вы-
числения в технической физике. Числен-
ное моделирование турбулентных течений.
Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та,
2009. 143 с.
СНиП 2.02.04—88 Основания и фундаменты на
вечномерзлых грунтах. Москва: ГУП ЦПП,
2005. 52 с.
ASHRAE Handbook. 2017 HVAC Application.
Chapter 34, Energy Resources.
Menter F. R., 1993. Zonal two equation k-ω tur-
bulence models for aerodynamic flows. AIAA
Paper 93-2906. 21 p.
Shevchenko I., Kovyazin A., Kamiński J. R., Szep-
tycki A., 2017. Simulation of thermal field in
soil. Problemy Inżynierii Rolniczej. № 1(95).
Р. 57—65.
О. С. КОВЯЗІН
170 Геофизический журнал № 2, Т. 40, 2018
References
Bruyaka V. A., Fokin V. G., Soldusova E. A., Glazu-
nova N. A., Adeyanov I. E., 2010. Engineering
analysis in ANSYS Workbench. Samara: Ed.
Samara State Technical University, 271 p. (in
Russian).
Kovyazin A. S., 2017. Substantiation of the ther-
mal insulation thickness of the inner pipe of a
ground heat exchanger. Vestnik dvigatelestroy-
eniya (1), 19—24 (in Russian).
Kovyazin A. S., Velichko I. G., 2013. Influence of
the material and wall thickness of the casing
of the soil heat exchanger on heat removal
from the soil mass. Visnyk Natsionalnoho uni-
versytetu «Lvivska politekhnika» (758), 57—63
(in Russian).
Loytsyanskiy L. G., 2003. Mechanics of fluid and
gas. Moscow: Drofa, 840 p. (in Russian).
Lyuke A., 2011. Primary energy as a criterion of en-
ergy efficiency. Energosberezheniye (4), 8—12
(in Russian).
more effective thermal energy while heat exchanger is functioning than from the soil with
temperature diffusivity 0,83 m2/s.
Key words: surface layers of the Earth, thermal energy, soil heat exchanger, thermal
diffusivity of the soil.
Ray D., McMichael D., 1982. Heat Pumps. Moscow:
Energoizdat, 224 p. (in Russian).
Snegirev A. Yu., 2009. High-performance comput-
ing in technical physics. Numerical simulation
of turbulent flows. St. Petersburg: Publishing
house of Polytechnic University, 143 p. (in Rus-
sian).
Building codes and regulations 2.02.04-88, 2005.
Foundations and foundations on permafrost
soils. Moscow: Ed. State Unitary Enterprise —
Design Products Center, 52 с. (in Russian).
ASHRAE Handbook. 2017 HVAC Application.
Chapter 34, Energy Resources.
Menter F. R., 1993. Zonal two equation k-ω tur-
bulence models for aerodynamic flows. AIAA
Paper 93-2906. 21 p.
Shevchenko I., Kovyazin A., Kamiński J. R., Szep-
tycki A., 2017. Simulation of thermal field in
soil. Problemy Inżynierii Rolniczej. № 1(95).
Р. 57—65.
|