U型地埋管換熱器換熱性能的邊界元法分析.pdf

1、地源熱泵作為一種高效節(jié)能、綠色環(huán)保的新技術(shù),日益受到人們的廣泛關(guān)注。地源熱泵技術(shù)是目前空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域的前沿研究課題之一,也是淺層地?zé)崮芾玫闹匾问?。地埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的重要組成部分,其換熱性能是影響地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵因素。本文在分析地埋管實(shí)際傳熱過程和已有傳熱模型基礎(chǔ)上,建立了地源熱泵垂直地埋管換熱器的穩(wěn)態(tài)傳熱模型,采用適合薄體問題的邊界元法對其傳熱性能進(jìn)行分析。本文主要工作和成果如下:
　　1、分制冷和供熱兩種工

2、況,對垂直單、雙U型地埋管的換熱性能進(jìn)行對比研究;分析兩種埋管方式下,地埋管材料、管徑、管壁厚度、回填材料、鉆孔內(nèi)支管間距、鉆孔半徑等對其換熱性能的影響,并比較二者之間的差異。邊界元法計(jì)算結(jié)果表明:普通PVC管較多地阻礙了地埋管的換熱量,地埋管管材應(yīng)選用高密度聚乙烯管HDPE或者鋼管,在滿足管體應(yīng)力強(qiáng)度和穩(wěn)定性的條件下,盡量減小塑料管材的厚度;改善和優(yōu)化回填材料的導(dǎo)熱性能能夠有效增強(qiáng)地埋管的換熱;增加支管間距,單、雙U型地埋管的換熱量均

3、增大;鉆孔孔徑從0.055~0.075m變化時(shí),雙U型地埋管的換熱量比單U型地埋管的高出約10％。
　　2、通過本文計(jì)算模型和FLUENT軟件三維計(jì)算模型分別計(jì)算豎直單根地埋管的進(jìn)出口溫度及換熱量,兩種模型計(jì)算結(jié)果非常吻合,表明本文建立的計(jì)算模型是合理的,對其三維熱傳導(dǎo)問題,邊界元法分段研究地埋管的換熱情況及累加計(jì)算其所需的埋管長度是可靠的。然后根據(jù)地埋管進(jìn)出口溫差和流速等參數(shù),并考慮管壁熱阻的影響,運(yùn)用邊界元法計(jì)算了單、雙U型地

4、埋管在制冷和供熱兩種工況下各段的換熱量及其所需的埋管長度。
　　3、U型地埋管管壁、回填區(qū)域、土壤等熱傳導(dǎo)過程涉及到管壁薄體與土壤厚體的耦合問題,FLUENT有限體積法及其他數(shù)值方法難以考慮地埋管管材、壁厚等參數(shù)的影響,本文邊界元法為地埋管換熱過程的計(jì)算提供了一個(gè)有效途徑,邊界元法只需沿不同材質(zhì)區(qū)域的邊界劃分單元,用較少的單元可獲得較高的計(jì)算精度。依據(jù)計(jì)算結(jié)果,本文對地埋管換熱系統(tǒng)的材料選擇、設(shè)計(jì)施工提出了有益建議,也為該系統(tǒng)運(yùn)行