多孔介質熱滲耦合實驗及模擬研究.pdf

1、土壤源熱泵系統(tǒng)因其良好的節(jié)能性和環(huán)保性，成為開發(fā)可再生淺層地溫能資源的有效技術。但其地埋管換熱性能的定量計算一直是困擾該項技術進一步發(fā)展的一個難點。本文針對地埋管大部分埋于松散層這一實際情況，以室內物理模型實驗為基礎，結合數(shù)值模擬技術，對多孔介質有無滲流、滲流速度大小、介質溫度變化等影響換熱性能的因素進行了研究。其中以粗砂為典型砂樣進行了實驗研究，并用結果對依托COMSOL Multiphysics建立的數(shù)值模型進行了率定，而后以所建模

2、型對中砂、細砂、粉砂和粘土等4種土樣進行了數(shù)值模擬研究。結果表明:
　　(1)在干砂與飽和無滲流條件下，實驗砂箱內的溫度以加熱棒為中心呈對稱分布，等溫線是一組以加熱棒為圓心的同心圓。其中，在干砂實驗中，溫度變化隨距離加熱棒的遠近呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，在距加熱棒0～5cm時溫度變化曲線呈“對數(shù)型”，5～10cm時呈“S型”，10～20cm時呈“線性”變化規(guī)律。飽和無滲流時的溫度變化規(guī)律隨距離的變化不明顯，但在不同測點的溫度變化幅度明

3、顯小于干砂。
　　(2)在滲流條件下，實驗砂箱內的溫度不再以加熱棒為中心對稱分布，等溫線是一組橢圓。隨著滲流速度與介質溫度的增加，加熱棒上游測點溫度變化量逐漸減小，下游測點溫度變化量逐漸增大。
　　(3)根據(jù)粗砂的實驗結果，對基于COMSOL Multiphysics建立的數(shù)值模型進行了率定，結果表明，模擬值與實測值的最大相對誤差為4.27％，平均相對誤差為1.55％，滿足精度要求，可用所建模型對其它砂土類型的多孔介質進行數(shù)