基于三維橢圓型流動(dòng)傳熱計(jì)算的土壤源熱泵熱滲耦合問題研究.pdf

1、土壤源熱泵技術(shù)是一種可再生能源利用技術(shù),它利用土壤這一龐大的蓄熱體,可實(shí)現(xiàn)能源的跨季度利用。土壤源熱泵地埋管換熱器換熱問題是熱滲耦合問題?，F(xiàn)今對(duì)于對(duì)流傳熱問題的研究方法有解析方法,數(shù)值計(jì)算方法等。解析方法使用范圍有限,對(duì)于數(shù)值計(jì)算方法,目前有兩種,一種是運(yùn)用已有的商業(yè)軟件,另一種是自主編寫程序。采用FLUENT等商業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算,軟件本身隱去了很多復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算過(guò)程,優(yōu)點(diǎn)是使用方便,缺點(diǎn)是對(duì)于某些問題,可能無(wú)法自由的根據(jù)需要修改內(nèi)部計(jì)算

2、。
　　本課題研究小組未來(lái)將致力于土壤非飽合和飽合土層熱濕交換機(jī)理的研究,將提出包氣帶和飽水帶中固、液、氣三相的熱濕遷移模型,用FLUENT等商業(yè)軟件來(lái)求解這一涉及多相態(tài)的多場(chǎng)、多區(qū)耦合的復(fù)雜問題可能是比較困難的,而自主編程將是一條必由之路。因此,本文提出自主編寫三維橢圓型流動(dòng)傳熱計(jì)算程序,并采用該程序探討了單管和管群熱滲耦合的一些問題。
　　本文采用FORTRAN語(yǔ)言編寫了三維橢圓型對(duì)流傳熱計(jì)算程序,程序的調(diào)試平臺(tái)選用的是

3、Fortran PowerStation4.0,并采用兩個(gè)例子進(jìn)行了程序的初步驗(yàn)證。
　　本文接下來(lái)建立了基于土壤多孔介質(zhì)理論的單U型地埋管換熱器的熱滲耦合模型,分析了地下水滲流速度、土壤孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)分層、比熱容分層等因素對(duì)地埋管換熱器性能的影響。在恒定功率下計(jì)算48個(gè)小時(shí)發(fā)現(xiàn):地下水滲流速度越大,地埋管換熱器換熱性能越好;土壤孔隙率越小,地埋管換熱器性能越好;土壤導(dǎo)熱系數(shù)各層不相同時(shí),地埋管換熱器的性能要比均質(zhì)土壤時(shí)要差一些

4、;比熱容的分層對(duì)地埋管換熱器的影響并不大。
　　此外,本文還建立了地埋管換熱器的五根管群熱滲耦合模型,以西安市某實(shí)際工程為例,分別分析了管群在動(dòng)態(tài)負(fù)荷下運(yùn)行,當(dāng)冬夏季冷熱負(fù)荷平衡、不平衡時(shí)對(duì)地埋管換熱器長(zhǎng)期運(yùn)行的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)冬夏季地埋管換熱器承擔(dān)的冷熱負(fù)荷平衡時(shí),長(zhǎng)期運(yùn)行地埋管換熱器性能穩(wěn)定,不平衡率較大時(shí),隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,換熱器性能逐漸惡化,甚至可能會(huì)失效。本文還研究了滲流對(duì)地埋管換熱器換熱性能的促進(jìn)作用,并發(fā)現(xiàn),速度較