水热耦合

摘要： 针对脉冲响应函数热分析(IRFTA)模型及其在堤坝渗漏检测中的应用进行了介绍,该方法基于用于水热耦合描述的格林函数理论。由于渗透的存在,土壤湿度的变化直接影响渗流,对土壤中的热传输产生影响。IRFTA模型不仅是统计模型,而且其参数具有物理定义。IRFTA模型应用于热传输的参数化描述,用于分析堤坝中的水传输并识别渗漏,甚至分析很小的渗漏变化,并计算这一过程发生的时间和渗漏量。同时预测了IRFTA模型在分布式光纤温度测量中的应用,特别是安装在靠近上游面的土工水力结构下游坡脚的传感器。通过这种方式,可以较小的成本安装沿着大坝持续的热监测系统,并且在现有结构上进行最少的土方工程。

摘要： 季节冻土区路基土中的水热迁移往往导致道路病害。为进一步研究季节冻土区路基土体在冻结过程中温度和水分的变化规律,建立开放系统条件下的土体水-热耦合理论模型,然后利用有限元软件进行求解,并借助补水条件下的单向冻结试验对模型的准确性进行验证。结果表明:土体冻结期间,沿试样高度方向的温度分布呈现由非线性分布向线性分布过渡趋势,未冻区水分在温度梯度作用下向冻结区迁移,并在冻结锋面处含水率发生突变;建立的开放系统条件下的土体水-热耦合理论模型能够较好地预测土体冻结过程中的温度和水分变化。

摘要： 通过建立正冻非饱和土水热耦合方程。对COMSOL Mutiphysics软件进行二次开发,实现多圈管冻结的水热耦合数值仿真。通过数值模拟研究得出不同时间冻结壁.温度场和水分场的发展情况,并与现场数据对比,结果表明正冻非饱和土水热耦合模型可以用于描述不同时空多圈管冻结过程中的水热分布:通过对数值模拟,得出多圈管各冻结特征点处水热-时间关系和不同时间主界面温度和冰水质量发展情况。

摘要： 针对青海省这类高寒地区对其冻融土壤的水热耦合过程开展科学合理的研究,有利于水土流失的防治和生态环境的建设。试验于青海省德令哈市怀头他拉试验基地开展,采用TDR水分温度自动监测系统进行冻融土壤含水量和温度进行监测与记录。从2020年7月至2021年3月长达八个多月对土壤含水量和温度进行动态监测试验,结果表明:土壤在冻融阶段,其温度与空气温度具有同步变化的规律;外界环境变化对表层土壤含水量产生的影响较大,且土层越深影响越小;土壤含水量与温度具有相似的波动规律,都经历了一个下降、稳定、回升的过程。根据试验数据,利用SHAW模型进行该试验基地冻融土壤水热耦合过程的数值模拟,并对模拟结果展开分析,最后,根据Nash效率系数、标准差、平均偏差等指标对模型的模拟结果进行评价。模拟结果显示:地表下不同深度处土层温度的Nash效率系数(NSE)皆大于0.95,标准差(RMSE)在0.121~2.350之间,平均偏差(MBE)在0.001~0.678之间;不同土层含水量的Nash效率系数(NSE)都在0.83以上,标准差(RMSE)在0.001~0.0111之间,平均偏差(MBE)在0.001~0.006之间;根据模型模拟效率,可以认为土壤温度和含水量的模拟效果都是较为良好的,模拟结果都具有一定的可信度,能够较为真实地反映土壤各节点温度和含水量的动态运动规律和实际分布情况。

摘要： 为了研究渗流速度在冻结管三角形不同排布方式下对冻结帷幕形成规律的影响,基于建立的水热耦合数值模型,分别对冻结管排布间距L为0.2、0.3、0.4 m进行数值模拟,分析不同间距情况下,渗流速度对冻结帷幕交圈时间和平均温度的影响。结果表明:随着冻结管排布间距L的增大,冻结帷幕的交圈时间持续增加,渗流速度越大,冻结帷幕发展越缓慢,交圈时间变长,且冻结管排布间距L对冻结帷幕交圈时间的影响要大于渗流速度对冻结帷幕交圈时间的影响;随着流速增大,形成的冻结帷幕面积减小;随着流速的增大冻结帷幕的平均温度逐渐升高,0~-16°C范围内的冻结区域面积比例增加,低于-16°C范围内的冻结区域面积比例减小。

摘要： 为研究绥大高速公路路堑边坡开挖前后的水热分布特征,利用海伦站气象数据,结合工程现场实际边坡状况,构建考虑各项气候条件的饱和/非饱和瞬态水热耦合数值计算模型,分析边坡开挖前后水分场、温度场的分布特征、冻结深度及不同工况下的差异性影响因素。结果表明:边坡开挖导致水分场大幅改变,3月中旬体积含水量大幅下降,中下旬下降幅度最大为74.61%,占整个非冻结期91.59%;随着埋深的增加,温度波动变化滞后性明显,波动范围呈指数衰减。未开挖土体冻结深度可达1.95 m,开挖边坡最大冻结深度为0.76 m,冻结消融期为31 d。不同工况下水分场分布状态不同,体积含水量高低受土体渗透性影响较大。高体积含水量会抑制冻结锋面的推进速度,延迟土体温度变化趋势,不同工况下温度变化差异性受体积含水量影响显著。

摘要： 水资源长期变化的准确预估对流域未来水资源规划具有重要的战略意义。Budyko水热耦合理论已广泛应用于评估流域未来长期的水资源变化情况,但其无法动态考虑流域下垫面的变化对水资源的影响。结合Budyko水热耦合方程及蒸发互补原理提出了一种可以考虑流域下垫面产流特征变化的流域水资源量预估方法,并结合CMIP6多个气候模式的未来模拟数据,对赣江流域的未来水资源量变化情况进行了预估。主要结果如下:(1)在高排放情景(SSP5-8.5)下,赣江流域的未来下垫面特征发生了较为明显的变化,流域特征参数变小,流域蓄水能力减小;(2)SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5三个情景下赣江流域未来期降水和水资源量相对变化均在10%以内,潜蒸发变化幅度较大,在10%~20%之间。(3)研究所提出的基于Budyko水热耦合方程和蒸发互补原理耦合的流域水资源量模拟方法可在一定程度上考虑流域未来产流特征的变化。

摘要： 针对省道224线二道沟兵站109岔口至治多段二级公路水热变化及是否采取工程措施来保证路基稳定的问题,借助COMSOL Multiphysics对典型季节性冻土区浅挖路基、铺设土工格栅及保温板的路基水热力场进行数值模拟,分析路基冻结深度的变化规律和路基冻胀规律,为高寒地区公路路基冻害防治措施设计提供参考.研究表明:浅挖路基路中冻胀量大于路肩处冻胀量,且最大冻深出现时间要比最大冻胀量出现时间晚一个月;路基中铺设土工格栅和保温板都能减小路基冻胀,但保温板效果更加显著,且铺设土工格栅对于路基最大冻结深度不会产生影响,而铺设保温板则会显著减小路基冻结深度.

摘要： 增强型地热开发系统作为开发干热岩地热资源的一种有效手段,其合理的结构设计对于实现干热岩的有效开采至关重要.为此,基于传统的双井开发模型,设计出了一种多分支井增强型地热开发系统(包含1个低渗透性热储、3口注入分支井、3口生产分支井和3条人工裂隙),采用局部热平衡法建立了三维水热耦合数值评价模型,通过裂隙流传热Lauwerier解析理论验证了该模型的精确性和可靠性;进而基于热采过程中储层内部水岩耦合机制,探究了储层参数、布井参数和注采参数对该开发系统产热性能的影响.研究结果表明:①多分支井开发系统裂隙中的冷锋“侵岩效应”比岩体基质中更强,增大储层渗透率虽然可以提高内部换热效果,但也增强了冷锋侵透性;②系统年取热量随运行时间推移而逐渐降低、随注入温度升高而降低、在运行前期随储层渗透率增大而增大,但当热突破完成后其值下降明显;③系统热提取率、生产质量流率受储层孔隙度、注入温度的影响较小,但随注采井垂距的增大而降低;④生产温度随储层渗透率的增大而下降幅度较大、随储层孔隙度的增加而升高,但随注采井垂距的降低而降低;⑤增加生产井长度可以提高前期运行系统的产热性能,提高注采压差在一定程度上可以增强系统的采热能力,但过高的压差会严重影响储层的使用寿命.

摘要： 采用有限元软件COMSOL建立冻土水热耦合计算模型,进行路基填筑短期内冻土温度场的变化规律研究,并提出路基覆盖范围冻结锋面下凹扭曲的计算方法.结果表明:路基填筑热效应使得路基中心下方冻结锋面发生下凹扭曲,在水分汇入充足情况下会引发水热侵蚀,产生路基热融沉降、路基开裂等病害;7月填筑会最大程度阻碍土体热量向大气中输出,路基覆盖范围冻结锋面下凹扭曲程度达到最大、冻土温度场恢复最慢,属于最不利工况;路基覆盖范围冻结锋面下凹扭曲程度随填料与地表温差、路基高度、路基宽度、填料体积热容的增大而增大,随填料导热系数的增大而减小,实际工程中应尽量选用体积热容小、初始温度低且导热系数大的填料;采用冻结锋面下凹扭曲计算方法可计算得到填筑完成后不同时刻不同工况下的冻结锋面下凹扭曲曲线.

摘要： 土体冻结和融化时的水分迁移、相变与传热是一个相互影响的耦合过程.本文采用基于有限体积法的开源软件OpenFOAM,编制描述土体冻融过程的水热耦合计算程序.首先,基于土体水分和热量迁移基本方程、水分相变与温度的平衡方程,同时考虑相变对水分特征参数和热特性参数的影响,以及相变潜热对传热过程的影响,建立冻土水热耦合数学模型.然后,采用基于多面体网格的有限体积方法对水热耦合控制方程进行空间离散,采用全隐式向后差分方法对方程进行时间离散,由此编制冻土水热耦合计算程序.该程序具有良好的几何适应性、质量和能量守恒性,具备面向复杂问题的并行计算功能.最后,采用该程序对两组不同温度边界条件的室内土体冻结试验进行数值模拟,并与实验结果进行对比,结果表明该程序可以较为准确地模拟土体冻结过程中温度场和水分场的演化特征.

摘要： 路基冻胀融沉是多年冻土区路基的主要病害.冻胀融沉病害与土体水分迁移以及温度变化密切相关,而冻土温度变化和水分迁移又会相互影响.基于非饱和土渗流和热传导理论,建立冻土水热耦合问题的联合求解微分方程;然后采用COMSOL Multi-physics软件进行二次开发,实现冻土温度场和水分场全耦合数值模拟;进而将数值模拟结果与土柱冻结和融化实验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性;最后以青海省玛多县地区路基为例,研究多年冻土路基中温度场与水分场的分布和变化规律.

摘要： 通过建立非等温条件下非饱和黄土水热耦合控制方程和物理计算模型,设定边界条件和初始条件,并利用数值软件Comsol对其进行模拟研究,目的是进一步研究非等温情况下水分迁移运动基本规律.结果显示:非等温条件下气态水扩散迁移对土中水分迁移有着十分重要的作用;土中温度场在10小时后就基本达到了稳定状态,温度梯度不再变化;土体中温度梯度、温度水平、迁移时间以及VG模型中与进气值有关的拟合参数α增大时,高(低)温端水分迁出(入)量越大;当初始含水率增大时,高温端水分迁出量逐渐增大,而低温端水分迁入量先增大后减小;VG模型中与曲线斜率有关的拟合参数n增大时,高(低)温端水分迁出(入)量越来越小.

摘要： 复合填料是以废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯颗粒(EPS)、水泥和水为原料,拌合后形成的一种轻质填筑材料.其中,EPS颗粒含量适当时,能减少或消除复合填料的冻胀和融沉,可作为季节性冻土区的路基填料.假设复合填料中除EPS颗粒外的骨料颗粒、孔隙冰为刚性介质,同时考虑EPS颗粒变形和填料孔隙变形对复合填料冻结过程的影响,在已有的冻土水热耦合分离冰模型的基础上,得到考虑EPS颗粒变形影响的饱和填料一维冻结水热耦合控制方程,进而预测填料的冻胀量.与室内模型试验结果对比表明,本文模型可用于该种具有弹性颗粒复合填料的冻胀量模拟,为工程中冻胀量预测提供依据.

摘要： 根据冻融循环条件下岩体水分运动和热量迁移的基本规律,基于连续介质力学、热力学以及分凝势理论,建立低温岩体温度场和渗流场耦合控制方程,该耦合方程不仅考虑了热传导、相变潜热和渗流速度对温度分布的影响,而且分析了由分凝势引起的孔隙水流动对渗流速度以及渗透压力分布的影响,实现了温度场和渗流场的双向全耦合.并将研究成果与M. Smith等的模型试验和现场试验进行对比分析,结果表明,所建立的耦合控制方程计算结果与实测结果吻合较好.在此基础上,应用此耦合模型数值仿真寒区隧道,对隧道温度场分布规律和冻融圈大小进行分析,该计算结果能为寒区隧道的设计和施工提供一定的参考.

摘要： 近年来,在西北地区的富水岩层,越来越多地采用人工冻结法进行井筒建设.富水岩层中的裂隙渗流对人工活动极为敏感,极大地制约了冻结法凿井的可靠性.为此,本文以鄂尔多斯某井筒冻结工程为例,针对近水平的不整合接触面,通过数值分析研究裂隙渗流条件下三维稳态冻结温度场,以期为富水岩层的冻结设计和工程处置提供有益的借鉴.

摘要： 近年来,在西北地区的富水岩层,越来越多地采用人工冻结法进行井筒建设.富水岩层中的裂隙渗流对人工活动极为敏感,极大地制约了冻结法凿井的可靠性.为此,本文以鄂尔多斯某井筒冻结工程为例,针对近水平的不整合接触面,通过数值分析研究裂隙渗流条件下三维稳态冻结温度场,以期为富水岩层的冻结设计和工程处置提供有益的借鉴.

摘要： 近年来,在西北地区的富水岩层,越来越多地采用人工冻结法进行井筒建设.富水岩层中的裂隙渗流对人工活动极为敏感,极大地制约了冻结法凿井的可靠性.为此,本文以鄂尔多斯某井筒冻结工程为例,针对近水平的不整合接触面,通过数值分析研究裂隙渗流条件下三维稳态冻结温度场,以期为富水岩层的冻结设计和工程处置提供有益的借鉴.

摘要： 近年来,在西北地区的富水岩层,越来越多地采用人工冻结法进行井筒建设.富水岩层中的裂隙渗流对人工活动极为敏感,极大地制约了冻结法凿井的可靠性.为此,本文以鄂尔多斯某井筒冻结工程为例,针对近水平的不整合接触面,通过数值分析研究裂隙渗流条件下三维稳态冻结温度场,以期为富水岩层的冻结设计和工程处置提供有益的借鉴.

摘要： 近年来,在西北地区的富水岩层,越来越多地采用人工冻结法进行井筒建设.富水岩层中的裂隙渗流对人工活动极为敏感,极大地制约了冻结法凿井的可靠性.为此,本文以鄂尔多斯某井筒冻结工程为例,针对近水平的不整合接触面,通过数值分析研究裂隙渗流条件下三维稳态冻结温度场,以期为富水岩层的冻结设计和工程处置提供有益的借鉴.

摘要： 本发明公开了基于热碱水解耦合酸催化水热炭化实现污泥类有机固体废物制备高碳低灰功能碳材料的方法，包括以下步骤：污泥类有机固体废物搅拌调整含水率，随后加入碱液调整pH值，进行热碱水解过程；完成后的混合浆液在水解温度下进行原位固液分离，分离后的热碱水解液加入酸液调整热碱水解液的pH值，进行酸催化水热炭化过程；完成后进行降温处理，随后进行固液分离，收集固体产物进行干化成型处理，干化后的固体产物经封装后即为功能碳材料产品。本发明以高含水高灰分的有机组分复杂的污泥类大宗有机固体废物为原料，通过低温（≤150°C）热碱水解耦合高温（≤300°C）酸催化水热炭化耦合工艺，在低能耗水平下实现高碳低灰的高品质功能碳材料的制备。

摘要： 本发明公开了一种生物质水热碳化耦合碳捕集及利用方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，污染物进入水热碳化反应器的生物质制浆造纸区，进行生物质水热碳化制浆造纸，得到造纸废液；步骤2，将步骤1得到的造纸废液输送至CO2捕集器中进行CO2捕集；步骤3，将步骤2经过CO2捕集后的造纸废液输送至水热碳化反应器的生物质水热碳化区进行水热碳化反应，得到高附加值炭产品。该生物质水热碳化耦合碳捕集及利用方法，通过水热碳化技术实现CO2的捕集、利用和生物质能的利用，从根本上解决能源碳排放问题，实现碳减排和清洁能源替代的增益效果。

摘要： 本发明涉及一种水热碳化系统及其与能源装置的耦合系统和应用，属于水热碳化处理技术领域。所述水热碳化系统包括解聚装置和设置于所述解聚装置的下游的碳化装置。本发明的技术方案可以优异的效果实现对新一代的小型高效的CSP“Brayton Cycle助力发电”的“燃烧助力”模块的耦合，形成湿生物质HTC清洁助力耦合CSP微电网能源站，这对于湿生物质的处理、能源的利用和优化等无疑是突破性的综合技术革新，具有深远的社会价值。

摘要： 本发明涉及一种利用光电耦合水热型地热的供热系统，包括换热器和光伏组件，所述光伏组件电连接有汇流单元，所述汇流单元电连接有直流配电柜，所述直流配电柜电连接有光能储电池，所述光能储电池电连接有与换热器双向连接的光伏直驱离心机，所述光能储电池电连接有变压器，所述变压器电连接有交流配电柜，所述交流配电柜与380V市电双向电连接。该利用光电耦合水热型地热的供热系统，通过将传统的热泵主机替换为光伏直驱离心机，以此来最大限度的减少系统的电能消耗，通过光伏组件进行发电，经汇流单元及直流配电柜后输入至光伏直驱离心机，从而大幅度减小因供热用电对电网系统造成的冲击及影响，有效的降低用电高峰期的供暖用电负荷。

摘要： 本发明公开了基于液态金属和水双回路耦合换热的电池组散热装置，包括：电池组，包括若干电池块；冷却板，包括相互平行且间隔设置的若干个，相邻两个所述冷却板之间形成电池腔，若干所述电池块均匀排布于所述电池腔内部；还包括：液态金属循环回路，其贯穿所述冷却板；水循环回路，其设于所述冷却板外侧，并与所述液态金属循环回路耦合换热，对所述电池组进行热传递实现散热。本发明设有液态金属循环回路和水循环回路，充分利用了液态金属导热率高和水比热容大的优点，且双回路耦合换热的方式保证了高效热传递，同时大大减少液态金属的用量，降低了使用成本，由此提高了该装置的散热效率和应用范围。

摘要： 一种水热耦合喷雾热解Co3O4/石墨烯电极材料制备方法，将氧化石墨烯溶液加入二价钴盐、碱溶液、需掺杂金属离子或金属氧化物与表面活性剂的混合溶液中，超声均匀，置入水热釜中反应，冷却到室温后，分离、洗涤产物，然后加入分散剂、表面活性剂配成一定固含量的浆料，采用喷雾热解快速干燥处理，即可得到Co3O4/石墨烯纳米复合电极材料。本发明在利用石墨烯高导电性优势的基础上，用金属离子或金属氧化物掺杂以提高Co3O4结构稳定性；喷雾热解动态快速干燥，能避免纳米复合材料颗粒的长大和团聚，获得的产品具有良好的分散性和流动性，有利于后续的极片制备工艺。水热耦合喷雾热解工艺简单，易于操作控制，适合连续化大规模生产。

摘要： 本发明公开了属于储能系统电极材料技术领域的一种水热耦合喷雾热解MnO2/石墨烯电极材料的制备方法。首先将Hummer法制备的氧化石墨烯（GO）与二价锰盐及掺杂金属离子化合物的水溶液混合均匀，再加入分散剂、氧化剂和表面活性剂，超声分散一定时间；将混合溶液置于水热釜中，调节温度，持续一定时间；将反应产物过滤、洗涤，得到前驱体；然后，将该前驱体加入分散剂和表面活性剂，搅拌混合均匀，调节固液比、进口温度和出口温度进行喷雾热解，得到金属离子掺杂的MnO2/石墨烯纳米复合电极材料。本发明制备的纳米复合电极材料成分均匀，批量稳定性好。

摘要： 本发明公开了属于储能系统电极材料技术领域的一种水热耦合喷雾热解MnO2/石墨烯电极材料的制备方法。首先将Hummer法制备的氧化石墨烯（GO）与二价锰盐及掺杂金属离子化合物的水溶液混合均匀，再加入分散剂、氧化剂和表面活性剂，超声分散一定时间；将混合溶液置于水热釜中，调节温度，持续一定时间；将反应产物过滤、洗涤，得到前驱体；然后，将该前驱体加入分散剂和表面活性剂，搅拌混合均匀，调节固液比、进口温度和出口温度进行喷雾热解，得到金属离子掺杂的MnO2/石墨烯纳米复合电极材料。本发明制备的纳米复合电极材料成分均匀，批量稳定性好。

摘要： 一种水热耦合喷雾热解Co3O4/石墨烯电极材料制备方法，将氧化石墨烯溶液加入二价钴盐、碱溶液、需掺杂金属离子或金属氧化物与表面活性剂的混合溶液中，超声均匀，置入水热釜中反应，冷却到室温后，分离、洗涤产物，然后加入分散剂、表面活性剂配成一定固含量的浆料，采用喷雾热解快速干燥处理，即可得到Co3O4/石墨烯纳米复合电极材料。本发明在利用石墨烯高导电性优势的基础上，用金属离子或金属氧化物掺杂以提高Co3O4结构稳定性；喷雾热解动态快速干燥，能避免纳米复合材料颗粒的长大和团聚，获得的产品具有良好的分散性和流动性，有利于后续的极片制备工艺。水热耦合喷雾热解工艺简单，易于操作控制，适合连续化大规模生产。

摘要： 本发明涉及一种解析流域水热耦合机理的Budyko新框架，属于流域水热耦合分析技术领域。本发明的方法包括：获取研究流域历史期和研究期的资料并预处理；利用研究流域历史期资料率定Budyko新框架的模型结构指数，结合研究期资料计算流域研究期逐年实际蒸散；联合Budyko新框架和其他Budyko公式计算研究流域研究期逐年实际蒸散量和逐年模型结构指数；利用不同Budyko公式流域逐年实际蒸散量结果估计流域逐年实际蒸散的区间；利用不同Budyko公式逐年模型结构指数结果量化不同Budyko公式逐年模型结构指数之间的联系。本发明能有效解决流域缺资料时Budyko公式模型结构指数无法率定、流域实际蒸散不能测量及流域水热耦合难以评估等问题，对于准确估算偏远地区流域地表蒸散具有重要现实意义。