地源熱泵豎直U形管傳熱和土壤溫度場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、地源熱泵供熱時(shí)從土壤中吸熱,制冷時(shí)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(guò)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(guó)家改善能源結(jié)構(gòu),減少有害氣體排放從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo).因此地源熱泵是高效節(jié)能、綠色環(huán)保的供暖和空調(diào)制冷方式.此項(xiàng)技術(shù)在歐美已有60多年的研究和應(yīng)用歷史,但在中國(guó)從近十年才開始研究,應(yīng)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(xué)的發(fā)展高密度聚乙烯U形管以其堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于地源熱泵的地埋換熱器.地埋管的埋設(shè)方式有水平淺埋和豎直深埋,對(duì)于中國(guó)城市人口稠密、耕地資源稀缺的國(guó)情來(lái)說(shuō),節(jié)省土地空間的豎直埋管方式當(dāng)然是地源熱泵研究和應(yīng)用的主要方面.據(jù)此,作者結(jié)合該實(shí)驗(yàn)室的地源熱泵工程與實(shí)驗(yàn),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(shù)學(xué)模型,模擬U形管內(nèi)流體的流動(dòng)和傳熱、U形管與土壤的傳熱及土壤溫度

3、場(chǎng).為了提高工作效率,適應(yīng)數(shù)值計(jì)算發(fā)展趨勢(shì),該文采用建模軟件GAMBIT建立數(shù)學(xué)模型,以數(shù)值計(jì)算軟件FLUENT進(jìn)行計(jì)算.該文所建數(shù)學(xué)模型中U型管的幾何形狀和管內(nèi)流動(dòng)、傳熱狀況與實(shí)際幾何、物理?xiàng)l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(shù)學(xué)模型相比在幾何和物理?xiàng)l件上都有質(zhì)的改進(jìn).通過(guò)與實(shí)驗(yàn)室的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性.研究的意義在于指導(dǎo)實(shí)踐,因此該文研究的重點(diǎn)有二:一是在不同運(yùn)行工況下數(shù)值模擬地源熱泵地埋U形管的