滲流作用下的垂直地埋管換熱器傳熱性能理論及實驗研究.pdf

1、土壤源熱泵是一種利用淺層地熱的空調冷熱源系統(tǒng)，高效、節(jié)能、環(huán)保。地埋管換熱器與周圍土壤的傳熱性能一直是土壤源熱泵技術研究的主要關注點。目前，實際應用的地埋管換熱器的傳熱模型主要是基于純導熱基礎上的，未能考慮地下水滲流對埋管換熱器傳熱性能的影響，這就會使地下水豐富區(qū)域內的地埋管換熱器設計長度偏大，導致初投資增加及系統(tǒng)運行費用的提高。因此，建立能考慮地下水滲流對地埋管換熱影響的傳熱模型，對其傳熱性能和運行效果進行準確的評估是十分必要的。本研

2、究主要內容包括：
　　⑴地埋管傳熱解析模型因計算方便快捷而被廣泛應用于地埋管換熱器的設計計算和傳熱性能分析中?，F有的地下水滲流作用下的地埋管換熱器傳熱解析模型尚不能綜合求解管內流體在周圍土壤導熱與地下水滲流耦合作用下的傳熱問題。因此，本文基于鉆孔外移動有限長線熱源的格林函數，結合鉆孔內單U和雙U型埋管的準三維傳熱模型，以鉆孔壁為溫度耦合面建立了可考慮滲流影響的地埋管鉆孔內、外耦合的非穩(wěn)態(tài)傳熱問題的解析模型，利用Matlab軟件編程

3、通過迭代尋優(yōu)法實現了模型的求解計算。進一步對所建立的單鉆孔埋管換熱器模型輔以疊加原理，建立了地埋換熱管群的傳熱解析模型。并基于達西定律設計搭建了縮尺砂箱實驗臺，進行了飽和砂以及有滲流作用時砂中單根和多根線熱源散熱的溫度響應實驗，利用實驗數據和現場熱響應測試數據分別驗證了相關模型解的準確性和可靠性。
　　⑵利用所建立的解析解模型對滲流作用下單鉆孔換熱器散熱時的埋管出口水溫和土壤溫度響應進行了計算，提出了地埋管“換熱效率”的概念，用來

4、反映埋管換熱器實際換熱量接近理論最大換熱量的程度。并利用“單位井深換熱量”和“換熱效率”作為評價指標就土壤物性、滲流速度、入口流量及入口水溫等因素對單鉆孔埋管換熱器傳熱性能的影響進行了定量的分析。進一步研究了滲流作用下地埋換熱管群連續(xù)和間歇散熱所引起的土壤溫度響應和恢復特性，并分析了不同布管方式下管群間的熱干擾作用強弱。結果表明：滲流和間歇運行有助于緩解管群間的熱堆積現象，延緩土壤的整體溫升。建議在管群排列時加大沿滲流方向的鉆孔間距，適

5、當縮小垂直于滲流方向的鉆孔間距，或盡量減少沿滲流方向的鉆孔數量。
　?、轻槍σ虻刭|結構不同而使豎直地埋管換熱器沿深度方向穿越不同的土壤層，且僅部分土壤層中存在滲流對其傳熱性能產生影響的問題，利用疊加原理建立了可分層考慮滲流和土壤物性影響的鉆孔外非穩(wěn)態(tài)傳熱解析模型。利用該模型對分層土壤有、無滲流的作用時埋管散熱的土壤溫度響應進行了計算，并與均質模型的結果進行了對比。結果表明：分層模型可揭示出土壤分層所導致的埋管周圍土壤溫度響應沿軸向