An experimental, analytical and numerical study on the thermal efficiency of energy piles in unsaturated soils

شمع های انرژی عناصر پایه دو عاملی هستند که به عنوان حمایت ساختاری و همچنین مبدلهای حرارتی زمین برای سیستم های انرژی زمین گرمایی استفاده می شوند. از آنجا که آنها نسبتا کوتاه هستند، انباشت انرژی ممکن است تا حدی در خاک های غیر اشباع قرار گیرد. شرایط اشباع بر خواص حرارتی زمین و به همین ترتیب نرخ تبادل حرارت تاثیر می گذارد، که به نوبه خود بر کارایی شمع های انرژی اثر می گذارد. این مقاله ترکیبی از تحقیقات تحلیلی، تجربی و عددی برای ارزیابی نرخ تبادل گرما در شمع های انرژی است که به طور جزئی یا به طور کامل در خاک های اشباع شده جای داده شده است. راه حل تحلیلی پیشنهاد شده بر اساس نظریه منبع حرارت استوانه ای است که خاک را به عنوان یک محیط نیمه بی نهایت، همگن و ایزوتروپیک پردازش می کند. راه حل این تئوری با یک تابع توسعه یافته به صورت تحلیلی در این مقاله ضرب می شود و نتیجه آن نرخ تبادل گرما برای شمع های انرژی در خاک های اشباع نشده است. عملکرد پیشنهادی بستگی به اشباع خاک، خواص حرارتی خاک و شمع و هندسه شمع دارد. راه حل تحلیلی بر روی یک راه حل عنصر محدود شده مقایسه شد. که به نوبه خود بر نتایج آزمایشات آزمایشگاهی تأیید شد. توافق بسیار رضایت بخش میان نتایج تحلیلی، عددی و تجربی مشاهده شد. روش پیشنهادی میتواند برای ارزیابی سریع و ساده بهره وری از شمعهای انرژی در شرایط اشباع نشده استفاده شود. راه حل تحلیلی پیشنهاد شده همچنین می تواند یک ابزار مفید برای بررسی کدهای عددی توسعه یافته برای طراحی شمع های انرژی در خاک های اشباع نشده باشد.