地源熱泵豎直U形管傳熱和土壤溫度場數值模擬研究.pdf

1、地源熱泵供熱時從土壤中吸熱,制冷時向土壤放出熱量.土壤冬季溫度高于室外氣溫,夏季溫度低于室外氣溫,所以將熱泵系統(tǒng)的換熱裝置安裝于土壤中可以得到更好的傳熱工況.通過使用地源熱泵還可以減少煤的使用量,節(jié)約石油、天然氣等一次能源,有利于國家改善能源結構,減少有害氣體排放從而達到保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的目標.因此地源熱泵是高效節(jié)能、綠色環(huán)保的供暖和空調制冷方式.此項技術在歐美已有60多年的研究和應用歷史,但在中國從近十年才開始研究,應用更是最近幾

2、年開始的.地源熱泵的地埋換熱器有套管和U形管,隨著材料科學的發(fā)展高密度聚乙烯U形管以其堅固耐用的優(yōu)點被廣泛應用于地源熱泵的地埋換熱器.地埋管的埋設方式有水平淺埋和豎直深埋,對于中國城市人口稠密、耕地資源稀缺的國情來說,節(jié)省土地空間的豎直埋管方式當然是地源熱泵研究和應用的主要方面.據此,作者結合該實驗室的地源熱泵工程與實驗,建立了不同條件下的豎直地埋U形管與土壤傳熱的三維數學模型,模擬U形管內流體的流動和傳熱、U形管與土壤的傳熱及土壤溫度

3、場.為了提高工作效率,適應數值計算發(fā)展趨勢,該文采用建模軟件GAMBIT建立數學模型,以數值計算軟件FLUENT進行計算.該文所建數學模型中U型管的幾何形狀和管內流動、傳熱狀況與實際幾何、物理條件完全符合,這與以前研究者將U形管兩只管腿等效為柱熱源的數學模型相比在幾何和物理條件上都有質的改進.通過與實驗室的實測數據比較驗證了數學模型的正確性.研究的意義在于指導實踐,因此該文研究的重點有二:一是在不同運行工況下數值模擬地源熱泵地埋U形管的