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(jīng)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(guān)注。利用地熱能制熱、制冷的土壤源熱泵系統(tǒng)在國內(nèi)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(tǒng)作為土壤源熱泵系統(tǒng)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(zhì)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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(jié)果表明，利用定型相變材料回填比同導熱系數(shù)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(tǒng)相結(jié)合時，當土壤的導熱系數(shù)降低為0.75 W/(m·K)，利用定型相變材料回填，經(jīng)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(shù)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(shù)的重要性，普通有機相變材料過低的導熱系數(shù)雖然會減少熱影響半徑以及熱短路現(xiàn)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(tǒng)相結(jié)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(yīng)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(shù)，相變材料價格的下降將會對定型相變材料的推廣具