定型相變材料回填的U型埋管換熱器性能研究.pdf

1、隨著社會經濟的發(fā)展，能源問題成了突出問題。地熱能作為一種清潔的能源，近年來引起了人們的關注。利用地熱能制熱、制冷的土壤源熱泵系統在國內外蓬勃發(fā)展，并且進行了大量的研究。U型埋管換熱器系統作為土壤源熱泵系統的重要組成部分，其換熱性能直接影響土壤源熱泵的效率，而回填材料的性能又直接影響U型埋管與周圍介質間的換熱，因而埋管鉆孔的回填材料得到了廣泛的研究。
　　本文針對目前作為回填材料的相變材料導熱系數低以及液化后流失無法直接回填的問題，

2、利用熔融浸滲制備法制備定型相變材料并提高相變材料的導熱系數至1.528W/(m·K)，為相變材料直接作為于U型埋管回填材料提供支持。同時利用Fluent軟件，建立了三種不同材料回填的U型埋管換熱器三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，并搭建相變材料回填的U型埋管換熱器傳熱研究實驗臺，以及采用他人實驗數據對建立的模型進行驗證。利用驗證后的Fluent模型對不同材料回填的換熱效果進行模擬分析，結果表明，利用定型相變材料回填比同導熱系數的普通材料回填，單位井深

3、換熱量至少比普通材料回填提高15.01％，最大提高49.53％。單個鉆孔12個小時可以多蓄存20.47％的熱量，而熱影響半徑僅為后者的96.4％，在相同的埋管面積下，總蓄熱量是普通材料回填時的1.297倍，當末端負荷相同時，可減少埋管區(qū)域面積22.90％。而與熱泵系統相結合時，當土壤的導熱系數降低為0.75 W/(m·K)，利用定型相變材料回填，經過12小時的運行，熱泵COP由6.34下降到5.17;而用普通材料回填時，熱泵COP由6.

4、34下降到3.89。因而在采用定型相變材料回填時，12個小時后的COP比普通材料回填時提高了32.90％。而此時，定型相變材料的液相率僅為73.37％，仍可以較平穩(wěn)的COP運行更多的時間。因而在導熱系數較低以及無地下水流動的土壤環(huán)境中，利用定型相變材料回填優(yōu)勢更明顯。
　　本文同樣指出提高相變材料導熱系數的重要性，普通有機相變材料過低的導熱系數雖然會減少熱影響半徑以及熱短路現象，但是也減小了單位井深換熱量，12h的蓄熱量僅為1.1

5、9×105kJ，是定型相變材料回填時的45.95％。在同樣的負荷下，需要比定型相變材料回填時，增加埋管長度123.05％，增大埋管面積41.02％。而與熱泵系統相結合模擬時，普通相變材料回填時熱泵COP由6.34下降至2.85，12h末的COP僅為定型相變材料回填時的52.68％。
　　綜上所述，定型相變材料回填具有良好的應用前景，決定定型相變材料性能的因素為相變溫度，潛熱值和導熱系數，相變材料價格的下降將會對定型相變材料的推廣具