豎直埋管換熱器傳熱過程的數(shù)值模擬.pdf

1、在地源熱泵系統(tǒng)中，地埋管換熱器是實(shí)現(xiàn)載流體與土壤間進(jìn)行熱量交換的關(guān)鍵傳熱器件，其傳熱性能的優(yōu)劣對地源熱泵系統(tǒng)能否長期、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行具有決定性的影響。由于地埋管換熱器的傳熱性能取決于埋管周圍巖土的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)、鉆孔內(nèi)回填料導(dǎo)熱系數(shù)、埋管幾何結(jié)構(gòu)布置參數(shù)以及運(yùn)行參數(shù)等，本文通過對地埋管換熱器三維CFD數(shù)值分析模型的求解，定量地對測量巖土熱物性參數(shù)的TRT實(shí)驗(yàn)的各種影響因素進(jìn)行了討論；針對現(xiàn)有單U型地埋管換熱器三熱阻傳熱分析模型的不足，建

2、立了單U型地埋管換熱器的四熱阻傳熱分析模型，并對其進(jìn)行求解，獲得地埋管內(nèi)流體溫度沿程分布的解析解；在此基礎(chǔ)上，對地埋管換熱器的各設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析，詳細(xì)地討論了各參數(shù)對地埋管換熱器傳熱性能的影響規(guī)律。
　　 研究表明，在地下埋管巖土 TRT熱響應(yīng)的測試過程中，測試周圍環(huán)境空氣溫度的波動和巖土地下水的滲流對巖土熱物性參數(shù)的測試有一定影響。在空氣溫度波動較大、風(fēng)速較高、地上暴露于空氣中的管段較長時，空氣溫度波動對測試結(jié)果的

3、影響不能忽略。當(dāng)?shù)叵滤魉龠^高時，測試結(jié)果也會出現(xiàn)較大的偏差。因此，在進(jìn)行地下埋管巖土熱物性參數(shù)的熱響應(yīng)測試時，建議盡量縮短地面上管路的連接長度，并且必須對其進(jìn)行保溫隔熱處理，以減少測試環(huán)境對巖土熱物性參數(shù)測試結(jié)果的影響。在有條件的情況下，對地下水滲流速度進(jìn)行測量，以修正地下水滲流對TRT測試結(jié)果的影響。
　　 根據(jù)目前單U型埋管換熱器傳熱分析模型的不足，本文提出了一種改進(jìn)的四熱阻傳熱分析模型。通過對二維單U型埋管換熱器大量的數(shù)

4、值模擬分析，獲得了四熱阻模型中各熱阻的擬合計(jì)算公式，并對該埋管換熱器傳熱分析模型進(jìn)行了驗(yàn)證，得出四熱阻傳熱分析模型具有與三維數(shù)值分析模型的計(jì)算結(jié)果精度相當(dāng)這一結(jié)論。隨后，在得到驗(yàn)證的地埋管換熱器四熱阻傳熱分析模型基礎(chǔ)上，提出了確定鉆孔內(nèi)回填料導(dǎo)熱系數(shù)的一種新方法，并且還對影響地埋管換熱器傳熱性能的各設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)(包括埋管內(nèi)流速、回填料導(dǎo)熱系數(shù)、埋管間距和鉆孔深度等)進(jìn)行了優(yōu)化分析，詳細(xì)地討論了這些參數(shù)對埋管換熱器傳熱性能的影響規(guī)律，分