地埋管回填材料及孔徑對傳熱性能影響分析.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)利用地下土壤進(jìn)行蓄熱放熱，具有節(jié)能高效、運行穩(wěn)定的特點。回填材料作為地埋管換熱器與周圍土壤之間進(jìn)行熱交換的傳熱介質(zhì)，其性能將直接影響地埋管與周圍土壤之間的換熱效果。
　　本文根據(jù)工程實際，在合理的簡化和假設(shè)基礎(chǔ)上建立了地埋管傳熱的物理模型和數(shù)學(xué)模型，利用CFD數(shù)值模擬對回填材料導(dǎo)熱系數(shù)和回填孔徑對地埋管傳熱性能的影響進(jìn)行了理論計算，并對地埋管壁溫、熱作用半徑等表征地埋管換熱效果的參數(shù)展開分析。通過分析發(fā)現(xiàn)回填材料的導(dǎo)熱

2、系數(shù)相對體積熱容在地埋管傳熱過程中起主導(dǎo)作用，提高回填材料導(dǎo)熱系數(shù)可以極大的增強地埋管傳熱特性，但是隨著回填材料導(dǎo)熱系數(shù)的提高，地埋管傳熱的改善效果逐漸降低。此外，周圍土壤導(dǎo)熱系數(shù)對于回填材料的選擇有一定影響：當(dāng)土壤導(dǎo)熱系數(shù)大于或等于1.7W/(m.K)時，回填材料導(dǎo)熱系數(shù)與周圍巖土導(dǎo)熱系數(shù)之比K值在1~1.1左右對改善地埋管傳熱效果較好；當(dāng)土壤導(dǎo)熱系數(shù)小于1.7W/(m.K)時，K值在1.2~1.3左右較好。
　　針對回填孔徑對

3、地埋管傳熱的影響進(jìn)行理論分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)回填材料導(dǎo)熱系數(shù)大于周圍土壤導(dǎo)熱系數(shù)時，回填孔徑從100mm增大到200mm工況下，放熱工況下地埋管壁溫下降了5.43％，說明回填孔徑的增大在一定程度上也可改善地埋管的傳熱效果，但增強效果并不明顯，而回填材料的用量卻增大了4倍，大大增加了回填材料的回灌量，綜合工程實際考慮，建議單U地埋管回填孔徑在140~160mm左右較為合適。
　　在理論模型的基礎(chǔ)上，本文針對回填材料導(dǎo)熱系數(shù)和回填孔徑對地埋管

4、傳熱的影響開展了實驗研究。利用TCI導(dǎo)熱儀對試驗用黃沙和水泥基回填材料的熱物性進(jìn)行測定，在此基礎(chǔ)上搭建地埋管換熱實驗平臺，將實驗結(jié)果與理論計算結(jié)果進(jìn)行對比：當(dāng)改變回填材料導(dǎo)熱系數(shù)時，實驗結(jié)果表明地埋管傳熱效果隨回填材料導(dǎo)熱系數(shù)的增大而逐漸增強，地埋管壁溫溫升和熱作用半徑測試數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果最大誤差分別為2.3%、9.6%；當(dāng)改變回填孔徑大小時，實驗結(jié)果表明地埋管傳熱效果隨回填孔徑的增大而逐漸增強，地埋管壁溫溫升和熱作用半徑測試數(shù)據(jù)與理