豎直雙U地埋管換熱器分層換熱模型研究.pdf

1、土壤源熱泵系統(tǒng)是以巖土體為低溫?zé)嵩?，由熱泵機(jī)組、地埋管換熱系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的空調(diào)系統(tǒng)。它充分利用低品位地?zé)崮茉矗上募竟├?、冬季供熱，高效?jié)能，被稱為21世紀(jì)非常具有發(fā)展前途的可再生能源應(yīng)用空調(diào)技術(shù)。地埋管換熱器是用于傳熱介質(zhì)與巖土體在地埋管換熱系統(tǒng)中進(jìn)行換熱的載體，其換熱性能是制約土壤源熱泵技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵因素之一。全面認(rèn)識(shí)和掌握地埋管換熱器的熱量傳遞過(guò)程，可以正確指導(dǎo)地埋管換熱器的設(shè)計(jì)，提高換熱效率，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，降低系統(tǒng)

2、能耗，有利于土壤源熱泵技術(shù)的良性發(fā)展和應(yīng)用。
　　本文依托重慶某土壤源熱泵工程，針對(duì)實(shí)際工程中地埋管換熱器所處巖土體由多種地質(zhì)層組成且存在地下水滲流的情況，采用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)地埋管換熱器的換熱性能開(kāi)展研究。論文綜合考慮地質(zhì)分層和地下水滲流等因素，建立豎直雙 U型地埋管分層換熱模型；根據(jù)工程熱響應(yīng)測(cè)試及實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，通過(guò)理論推導(dǎo)，求解出各分層的綜合熱物性參數(shù)；并以此熱物性參數(shù)為邊界條件，利用現(xiàn)代CFD技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)

3、數(shù)值模擬，對(duì)所建模型進(jìn)行流速、回填料、埋深等因素，冬夏季取、排熱等工況全面對(duì)比分析，驗(yàn)證其計(jì)算精度及可靠性。并將常規(guī)均勻換熱模型和本文研究的分層換熱模型計(jì)算結(jié)果分別與工程實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。利用驗(yàn)證后的分層換熱模型分析流速、回填料、埋深、井間距等因素對(duì)地埋管換熱器的影響，并合理確定各因素水平。以正交試驗(yàn)理論為基礎(chǔ)，合理設(shè)置模擬試驗(yàn)方案，分析地埋管換熱器各種條件下的換熱特性及其影響因素的顯著性。最后基于地埋管分層換熱模型，分析其在工程

4、中的應(yīng)用方法，提出應(yīng)用于工程的簡(jiǎn)化分層換熱模型。
　　實(shí)測(cè)研究表明，土壤各分層內(nèi)熱物性參數(shù)存在一定的差異，即使是同一地質(zhì)層也存在差異。該實(shí)驗(yàn)工程實(shí)測(cè)各分層熱阻在0.1344~0.1717(m·K)/W之間變化，變化幅度達(dá)20％以上，因此模型分層具有必要性。
　　實(shí)測(cè)及模擬研究表明，在同一地質(zhì)層巖土導(dǎo)熱熱阻與地下水滲流流向、流速及地下孔隙率有關(guān)，結(jié)合地質(zhì)分層及測(cè)點(diǎn)分布對(duì)地埋管換熱器模型進(jìn)行豎向分層具有合理性。以實(shí)際工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

5、和不同流速、埋深及回填料導(dǎo)熱系數(shù)以及季節(jié)取、排熱過(guò)程的模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)各驗(yàn)證工況下，各深度、各時(shí)刻管壁溫度模擬值與實(shí)測(cè)值最大平均相對(duì)誤差僅為1.82%。分層換熱模型綜合考慮地質(zhì)分層、地下水滲流等因素，更加合理完善、可靠，且計(jì)算精度高。
　　實(shí)測(cè)及模擬研究還表明，常規(guī)均勻換熱模型與實(shí)測(cè)值之間存在較大差距，常規(guī)均勻模型單位井深換熱量與實(shí)測(cè)值誤差為7.83%，分層換熱模型單位井深換熱量與實(shí)測(cè)值誤差為1.56%，分層換熱模型與實(shí)測(cè)值