Stress effects on thermal conductivity of soils and heat transfer efficiency of energy piles in the saturated and unsaturated soils

热导率 土壤水分 传热 岩土工程 压力(语言学) 材料科学 热的 环境科学 地质学 土壤科学 复合材料 热力学 语言学 物理 哲学
作者
She-qiang Cui,Chao Zhou,Jinquan Liu,Damilola Bashir Akinniyi
出处
期刊:Computers and Geotechnics [Elsevier]
卷期号:160: 105549-105549 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.compgeo.2023.105549
摘要

Soils surrounding energy piles are often subjected to high overburden pressure. So far, the stress effects on the thermal conductivity of soils and hence the thermal performance of energy piles have not been well investigated. This study proposed a new model for the stress-dependent thermal conductivity of saturated and unsaturated soils. It was validated using the data from a series of new tests and the literature and is able to capture stress-induced variations of thermal conductivity. Then, it was applied to finite element analysis of energy piles’ heat transfer efficiency. The numerical results reveal that ignoring stress effects on thermal conductivity, as in the conventional analysis, underestimates the heat exchange rate between energy piles and ground. The underestimation is more significant for piles with a larger aspect ratio and a faster pipe flow velocity, especially when the ground is drier and more compressible. For example, when the pile is 0.6 m in diameter and 50 in aspect ratio, the underestimation is up to 18%, 15% and 4% for the clay, silt and sand, respectively. These results suggest that stress effects on thermal conductivity should be considered for better assessing the heat transfer efficiency of energy piles and other thermal geostructures.
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