دانلود ترجمه مقاله تجزیه و تحلیل انتقال حرارت مبدل حرارتی زمین گرمایی شمعی با فنرهای مارپیچی – الزویر ۲۰۱۱

تجزیه و تحلیل انتقال حرارت مبدل حرارتی زمین گرمایی شمعی با فنرهای مارپیچی

Heat transfer analysis of pile geothermal heat exchangers with spiral coils

چکیده

۱- مقدمه

۲- مدل منبع حلقه-سیم پیچ حرارتی و راه حل ها

۲-۱- پاسخ دما توسط یک منبع حرارتی تک حلقه-سیم پیچ

۲-۲- مدل منبع حلقه-سیم پیچ نامحدود

۲-۳- مدل منبع حلقه –سیم پیچ محدود

۳- بحث و مقایسه

۳-۱- مقایسه مدل منبع حلقه- سیم پیچ با طول محدود و نامحدود

۳-۲- مقایسه مدل های منبع استوانه ای و منبع حلقه- سیم پیچ نامحدود

۳-۳- مقایسه مدل های منبع حلقه- سیم پیچ و استوانه ای محدود

۴- نتیجه گیری

منابع

چکیده

این مقاله به بررسی انتقال حرارت گذرا در اطراف سیم پیچ های مارپیچی مدفون می پردازد که می تواند در سیستم های پمپ گرمایی زمینی کوپل همراه با پایه شمع به عنوان مبدل حرارتی زمین گرمایی استفاده شود. مدل منبع حرارتی حلقه-سیم پیچی بوجود آمده است و راه حل تحلیلی صریحی برای پاسخ دما با استفاده از تئوری تابع گرین و روش تصویر بدست آمده است. تأثیر مکان و گام سیم پیچ ها محاسبه و با توجه به راه حل های موجود، مورد بررسی و بحث قرار گرفته است. علاوه بر این، مقایسه بین مدل های منبع حلقه- سیم پیچی و منبع استوانه ای بیان می دارد که مدل بهبود یافته ی منبع حلقه- سیم پیچی محدود می-تواند با دقت خوبی به توصیف فرایند انتقال حرارت مبدل حرارتی زمین گرمایی شمعی بپردازد (PGHE). روش های تحلیلی می تواند ابزاری مطلوب و بهتری را برای شبیه سازی/ طراحی PGHE فراهم نماید.

۴- نتیجه گیری

با توجه به مدل منبع حرارتی استوانه ای، مدل منبع حرارتی حلقه- سیم پیچ تعمیم یافته به منظور توصیف بهتر انتقال حرارت در PGHE با سیم پیچ مارپیچی بوجود آمد. در مدل منبع حلقه- سیم پیچ، ناپیوستگی منبع در نظر گرفته شد و اثر گام سیم پیچ با تقریب مناسبی از سیم پیچ واقعی بررسی گردید. در این مدل، سیم پیچ های مدفون به صورت تعدادی از حلقه های مجزا بر روی سطح استوانه ای با گام b ساده سازی شده-اند. به منظور بررسی اثر سطح زمین و طول محدود PGHEها، هر دو منبع حرارتی با طول محدود و نامحدود مدل سازی گردید و حل تحلیلی هر دو مدل به کمک تئوری تابع گرین و روش تصویر بدست آمد. با توجه به نتایج شبیه سازی بدست آمده و برای مقایسه، توزیع دما و اثر گام سیم پیچ بر روند انتقال حرارت در دو مدل مورد بحث و بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی بیان می کند که مدل حلقه- سیم پیچ می تواند برای کاربردهای مهندسی با زمان عملکرد کوتاه قابل بکارگیری باشد. اما برای مدت زمان های طولانی، لازم است که هدایت حرارتی از دو انتهای شمع به ویژه در نسبت های قطر به طول کوتاه تر در نظر گرفته شود.

Abstract

This paper investigates the transient heat conduction around the buried spiral coils which could be applied in the ground-coupled heat pump systems with the pile foundation as a geothermal heat exchanger. A transient ring-coil heat source model is developed, and the explicit analytical solutions for the temperature response are derived by means of the Green’s function theory and the image method. The influences of the coil pitch and locations are evaluated and discussed according to the solutions. In addition, comparisons between the ring-coil and cylindrical source models give that the improved finite ring-coil source model can accurately describe the heat transfer process of the pile geothermal heat exchanger (PGHE). The analytical solutions may provide a desirable and better tool for the PGHE simulation/design.

۴- Conclusions

Based on the ‘‘solid’’ cylindrical heat source model, an improved analytical model of ring-coil heat source is established to better illustrate the heat transfer process of the PGHE with spiral coils. In the ring-coil source model, the discontinuity of the heat source is considered, and the impact of the coil pitch is investigated by introducing more appropriate approximations of the real coil. In this model, the buried coils are simplified as a number of separated rings on the cylindrical surface with the pitch b. In order to investigate the impacts of the ground surface and the limited length of the PGHEs, both the infinite and the finite-length heat source models are developed and their analytical solutions are derived according to the Green’s function theory and the image method. Both the temperature distributions for the two models and the impact of the coil pitch on the thermal process are discussed respectively for comparison based on the simulation results. The simulation results give that the infinite ring-coil model may be acceptable for engineering applications for short-time system operation. However, for long-term duration, it is vital to consider the heat conduction through the two ends of the pile, especially for the pile with smaller depth-to-diameter ratio.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجزیه وتحلیل انتقال حرارت مبدل حرارتی زمین گرمایی شمعی با فنرهای مارپیچی

Heat transfer analysis of pile geothermal heat exchangers with spiral coils