Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební
Abstract
Diplomová práca,, ,,Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers,, je primárne zameraná na analýzu okrajových podmienok a hlavných faktorov vplývajúcich na spoľahlivý návrh a prestup tepla plošného zemného výmenníka v oblasti geotermálnych aktivít na kúpeľnom ostrove v Piešťanoch. Posúdenie možných vplyvov na životné prostredie, ako je napríklad vznik tepelných zmien v dôsledku extrakcie tepla vrátane zamŕzania pôdy v okolí potrubia a potenciálneho znečistenia podzemných vôd je taktiež rozoberané. Súčasťou tejto záverečnej práce boli spracované tri numerické analýzy metódou konečných prvkov pomocou softvéru COMSOL Multiphysics 5.6., ktoré sa môžu vyskytnúť v tejto konkrétnej oblasti. Prvá numerická analýza je podrobená štúdii dynamických procesov plošného zemného výmenníka tepla a zeminy nasýtenou vodou pri konštantnej teplotnej okrajovej podmienke pôdy. Dynamický proces zemného výmenníka tepla a nasýteného podložia pri nestálej teplotnej okrajovej podmienke je skúmaný v druhej numerickej analýze. Posledná analýza je vyhotovená na posúdenie prevádzky plošného zemného výmenníka tepla s možnosťou prúdenia podzemnej vody v rovnakej vrstve. Vďaka týmto numerickým štúdiám a výsledkom dynamických tepelných modelov, každá prípadová štúdia obsahuje rozloženie teplôt v zemine, výstupné teploty z výmenníka a vlastný čiastočný záver.
Master thesis ,,Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers,, is primarily focused on analysis of boundary conditions and major factors affecting a reliable design and heat transfer of horizontal ground heat exchanger in the area of geothermal activities at Spa Island in Piešťany. Assessments of its possible environmental impacts such as an origin of subsoil thermal alterations due to the heat extraction including a soil freezing around the pipelines and potentially contamination of groundwater are discussed too. As a part of this final thesis, three numerical analyses were processed using finite element method software COMSOL Multiphysics 5.6., which may occur in this specific area. The first numerical analysis is subjected on study of dynamic processes of horizontal ground heat exchanger and saturated subsoil under the constant boundary temperature condition of the ground. Dynamic process of ground heat exchanger and saturated subsoil under the inconstant temperature boundary condition is examined in the second numerical analysis. The last analysis is carried out to assessments the horizontal ground heat exchanger operation with possibility of groundwater flow in the same strata. Thanks to these numerical studies and dynamic thermal models results, each study case contains soil temperature distributions, outlet temperatures from the exchanger and its own partial conclusion.
Master thesis ,,Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers,, is primarily focused on analysis of boundary conditions and major factors affecting a reliable design and heat transfer of horizontal ground heat exchanger in the area of geothermal activities at Spa Island in Piešťany. Assessments of its possible environmental impacts such as an origin of subsoil thermal alterations due to the heat extraction including a soil freezing around the pipelines and potentially contamination of groundwater are discussed too. As a part of this final thesis, three numerical analyses were processed using finite element method software COMSOL Multiphysics 5.6., which may occur in this specific area. The first numerical analysis is subjected on study of dynamic processes of horizontal ground heat exchanger and saturated subsoil under the constant boundary temperature condition of the ground. Dynamic process of ground heat exchanger and saturated subsoil under the inconstant temperature boundary condition is examined in the second numerical analysis. The last analysis is carried out to assessments the horizontal ground heat exchanger operation with possibility of groundwater flow in the same strata. Thanks to these numerical studies and dynamic thermal models results, each study case contains soil temperature distributions, outlet temperatures from the exchanger and its own partial conclusion.
Description
Keywords
zemný výmenník tepla, obnoviteľný zdroj energie, okrajová podmienka, dynamický proces, prestup tepla, pórovité médium, prúdenie podzemnej vody, vodou nasýtená zemina, tepelná vodivosť, ground heat exchanger, renewable source energy, boundary condition, dynamic process, heat transfer, porous medium, groundwater flow, saturated soil, thermal conductivity
Citation
FLOREKOVÁ, S. Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pozemní stavby
Comittee
prof. Ing. Karel Kabele, CSc. - předseda,
doc. Ing. Petr Horák, Ph.D. - místopředseda,
Ing. Olga Šmídová - tajemník,
Ing. Marian Formánek, Ph.D. - člen,
Ing. Ervín Dohnálek - člen,
Ing. Sylva Bantová, Ph.D. - člen,
Ing. Lucie Horká - člen,
Ing. Petr Blasinski, Ph.D. - člen,
Ing. Jan Topič, Ph.D. - člen,
Date of acceptance
Defence
Studentka nejprve představila svou práci formou prezentace v PowerPointu, kde popsala v anglickém jazyce analýzu okrajových podmínek zemních výměníků tepla. Vyjádřila se v anglickém jazyce k připomínkám oponenta a odpovídala na připomínky členů komise.
1. Popište základní charakteristiky Comsol software použité v diplomové práci.
2. Proč byl výpočetní model půdy rozdělený do dvou vrstev (pevná vrstva a porézní medium) str. 38
3. Jaké byly použité okrajové podmínky při výpočtu na povrchu potrubí výměníku?
4. Popište problém okrajové podmínky proměnné teploty při výpočtu v druhé variantě
5. Která ze tří hodnocených variant je nejblíže skutečnému chování zemního výměníku tepla?
Studentka výborně reagovala a zaujala stanoviska ke všem připomínkám k předložené diplomové práci od oponenta i členů komise
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení