Loading...

Numerical Modeling of Hydrothermal Behavior of Geothermal Piles in Sandy Soils

Mehraeen, Naghmeh | 2020

389 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 54320 (09)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Civil Engineering
  6. Advisor(s): Ahmadi, Mohammad Mehdi
  7. Abstract:
  8. This study highlights an important distinction between heat transfer mechanism in dry and saturated soil. Soil temperature data recorded during model tests, soil thermal response predicted using finite difference and analytical methods are compared with finite element models. In recent years, due to the industrial development of human societies, the energy consumption has been increased worldwide. On the other hand, the most commonly used energy resources are non-renewable energies. Therefore, governments and industries aimed to develop a technology which provides economical use of renewable energy sources. One of the renewable energy sources is the geothermal energy of the Earth. In this regard, one of the most economical technologies to use the geothermal energy is exchanging heat from the Earth to the foundation of structures. For this purpose, during warm seasons of the year, geothermal piles transfer the ground surface heat to the soil with lower temperature, and during cold seasons, they bring up the thermal energy of the ground using a circulating fluid. In this study, the heat transfer mechanism in soil medium is investigated in different conditions using numerical modeling. Results reveal that heat transfer in saturated ground cannot be fully explained through conductive heat transfer mechanism, since the dominant heat transfer mechanism here is convection. If the conduction mechanism solely be considered, the results in high permeability soils show significant errors. On the other hand, the presence of groundwater flow increases the soil temperature at the downstream. In order to correctly interpret the heat transfer mechanism in saturated soils, both buoyancy-driven flow, which causes heat convection, and groundwater flow, which causes forced convection, should be considered. It should also be mentioned that, groundwater velocity and soil permeability are the most important parameters affecting the heat transfer through sandy soils
  9. Keywords:
  10. Geothermal Pile ; Numerical Modeling ; Convection ; Heat Transfer ; Energy Pile ; Thermohydraulics ; Natural Convection ; Pile Group

 Digital Object List

 Bookmark

  • تقدیم به
  • تشکر و قدردانی
  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست جدول‌ها
  • 1 مقدمه و بیان مسئله
    • 1-1 مقدمه
    • 1-2 منابع انرژی تجدیدپذیر
    • 1-3 ژئوسازههای انرژی
      • 1-3-1 شمعهای زمینگرمایی
    • 1-4 تعریف مسئله
    • 1-5 ساختار پایاننامه
  • 2 مرور ادبیات فنی
    • 2-1 مقدمه
    • 2-2 مطالعات آزمایشگاهی و صحرایی
      • 2-2-1 مطالعه آزمایشگاهی کرامر30F و همکاران (۲۰۱۵)
      • 2-2-2 مطالعه صحرایی لو36F و همکاران (۲۰۱۷)
      • 2-2-3 مطالعه آزمایشگاهی سراجالدین40F و همکاران (۲۰۲۰)
    • 2-3 مطالعات عددی
      • 2-3-1 مطالعه عددی ارستی41F و همکاران (۲۰۱۶)
      • 2-3-2 مطالعه عددی قاسمیفرع47F و باسو48F (۲۰۱۸)
      • 2-3-3 مطالعه عددی میرتمیزدوست50F و قاسمیفرع (۲۰۱۹)
      • 2-3-4 مطالعه عددی سراجالدین و همکاران (۲۰۲۰)
    • 2-4 خلاصه و جمعبندی
  • 3 مبانی علمی و معادلات حاکم بر مسئله
    • 3-1 مقدمه
    • 3-2 معادلات پیوستگی
      • 3-2-1 قانون بقای جرم
      • 3-2-2 قانون بقای مومنتوم
      • 3-2-3 قانون بقای انرژی
    • 3-3 انتقال حرارت
      • 3-3-1 تئوری انتقال حرارت در جامدات
      • 3-3-2 تئوری انتقال حرارت در سیالات
      • 3-3-3 تئوری انتقال حرارت در محیطهای متخلخل
      • 3-3-4 تعادل گرمایی موضعی76F
    • 3-4 قانون دارسی
  • 4 معرفی نرمافزار مورداستفاده
    • 4-1 مقدمه
    • 4-2 توضیحات کلی در رابطه با نرمافزار
  • 5 صحتسنجی
    • 5-1 مقدمه
    • 5-2 معادلات حاکم بر مسئله
    • 5-3 صحتسنجی ۱
      • 5-3-1 پارامترهای مسئله
      • 5-3-2 هندسه مسئله
      • 5-3-3 شرایط مرزی
      • 5-3-4 نتایج
    • 5-4 صحتسنجی ۲
      • 5-4-1 پارامترهای مسئله
      • 5-4-2 هندسه مسئله
      • 5-4-3 شرایط مرزی
      • 5-4-4 نتایج
    • 5-5 صحتسنجی ۳
      • 5-5-1 پارامترهای مسئله
      • 5-5-2 هندسه مسئله
      • 5-5-3 شرایط مرزی
      • 5-5-4 نتایج
  • 6 مدلسازی گروه شمعهای زمینگرمایی
    • 6-1 مقدمه
    • 6-2 تأثیر خصوصیات آب
    • 6-3 تعریف مسئله
    • 6-4 هندسه مسئله
    • 6-5 شرایط مرزی و اولیه
    • 6-6 نحوهی مدلسازی و آنالیز مشبندی
      • 6-6-1 معادلات حاکم بر مسئله
      • 6-6-2 روش مدلسازی
    • 6-7 نتایج مدلسازی
      • 6-7-1 جریان ناشی از شناوری
      • 6-7-2 جریان آب زیرزمینی
      • 6-7-3 جریان آب زیرزمینی و جریان شناوری به‌صورت همزمان
      • 6-7-4 تأثیر نحوه چیدمان شمعهای زمینگرمایی
      • 6-7-5 مؤثرترین اعضای گروه شمع
  • 7 نتیجهگیری
    • 7-1 محدودیتهای مطالعه
    • 7-2 پیشنهاد‌های ادامه تحقیق
  • مراجع
...see more