土壤源熱泵垂直埋管換熱器的換熱性能研究.pdf

1、在能源和環(huán)境的雙重危機(jī)下，土壤源熱泵作為一種環(huán)保節(jié)能的綠色新技術(shù)，目前正處于高速發(fā)展階段。地埋管換熱器為土壤源熱泵技術(shù)研究領(lǐng)域的核心，研究并強(qiáng)化其換熱性能具有非常重要的意義。經(jīng)研究表明，垂直 U型地埋管換熱器能夠節(jié)約用地，更適合我國(guó)人均土地占有面積小的基本國(guó)情。因此，本文主要研究土壤源熱泵系統(tǒng)中垂直U型地埋管換熱器的換熱性能。
　　本文針對(duì)利用土壤、地表水、地下水、甚至城市污水中的低品位熱能作為供熱源和排熱匯的地源熱泵，對(duì)土壤、地

2、下水（或地表水、城市污水等）與地源熱泵地埋管中的水流之間的傳熱耦合性能進(jìn)行理論研究，以強(qiáng)化傳熱為目的，闡述了與土壤源熱泵系統(tǒng)相關(guān)的理論分析，并對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)中垂直 U型地埋管換熱器的強(qiáng)化傳熱性能進(jìn)行數(shù)值模擬。首先利用Gambit軟件建立起跟實(shí)際工程比例相同的垂直U型地埋管換熱器與周圍土壤的三維傳熱模型，對(duì)其網(wǎng)格劃分進(jìn)行離散后，導(dǎo)入Fluent軟件中進(jìn)行模擬計(jì)算。文中采用西安地區(qū)的土壤熱物性參數(shù)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)工況下的數(shù)值模擬分析。在

3、冬、夏季穩(wěn)態(tài)工況計(jì)算結(jié)果理想的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)工況下的模擬計(jì)算，這對(duì)CFD軟件中建立的模型起到了驗(yàn)證作用。
　　由于夏季與冬季工況下的模擬分析類似，文中主要針對(duì)夏季非穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)行模擬計(jì)算。首先研究地下水滲流速度和土壤孔隙率對(duì)換熱器換熱性能的影響，得出地下水滲流可以促進(jìn)換熱器的換熱，當(dāng)滲流速度為30m/a（9.5129×10-7m/s）時(shí)，土壤孔隙率的增大會(huì)削弱換熱器與土壤的換熱。其次分別在無(wú)滲流和滲流工況下深入研究水的入口流速

4、、土壤導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容對(duì)換熱器性能的影響，結(jié)果表明，入口流速的增大可以提高換熱器的換熱能力，建議垂直U型地埋管換熱器內(nèi)水的入口流速在0.6～1.2m/s范圍內(nèi)選??；導(dǎo)熱系數(shù)大的土壤利于熱泵運(yùn)行，但隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加，單位井深換熱量增加的幅度不斷降低；土壤比熱容對(duì)換熱的影響與導(dǎo)熱系數(shù)類似，但其影響力遠(yuǎn)不如導(dǎo)熱系數(shù)；此外，地下水滲流能夠促進(jìn)入口流速對(duì)換熱器換熱的影響，同時(shí)會(huì)削弱導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容對(duì)換熱的影響。然后進(jìn)一步研究導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容分層