Effects of varying heat transfer rates for borehole heat exchangers in layered subsurface with groundwater flow
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Notice bibliographique
Résumé
The existence of groundwater flow adds a convective heat component to shallow geothermal heat pump systems, significantly improving heat transfer efficiency. Numerous analytical and numerical methods have been proposed to assess the impact of groundwater flow on ground heat exchangers. However, numerical simulations often require significant resources and time, while conventional analytical solutions overlook the time and depth-varying heat transfer rates, leading to inaccurate temperature predictions. This study proposes a computationally efficient semi-analytical solution by extending the line source solution and coupling it with a thermal resistance model. This approach addresses variations in heat transfer rate over time and depth, overcoming the limitations of conventional analytical solutions. Compared to a three-dimensional numerical model constructed in COMSOL Multiphysics, the average absolute percentage error (MAPE) of borehole wall temperatures for a U-shaped borehole heat exchanger (BHE) is approximately 1 %, across a wide range of water flow velocities and thermal conductivity ratios between two contacting geological layers. A significant advantage of the proposed solution is its computational efficiency. The proposed solution can complete long-term simulations with over 9,000 time steps in about 10 min, as opposed to numerical models that typically require several hours. The excellent computational efficiency and substantial accuracy make the proposed solution a simple and effective tool for the design and optimization of BHEs in engineering applications.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle