基于三維橢圓型流動傳熱計算的土壤源熱泵熱滲耦合問題研究.pdf

1、土壤源熱泵技術是一種可再生能源利用技術,它利用土壤這一龐大的蓄熱體,可實現(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)今對于對流傳熱問題的研究方法有解析方法,數(shù)值計算方法等。解析方法使用范圍有限,對于數(shù)值計算方法,目前有兩種,一種是運用已有的商業(yè)軟件,另一種是自主編寫程序。采用FLUENT等商業(yè)軟件進行計算,軟件本身隱去了很多復雜的數(shù)值計算過程,優(yōu)點是使用方便,缺點是對于某些問題,可能無法自由的根據(jù)需要修改內(nèi)部計算

2、。
　　本課題研究小組未來將致力于土壤非飽合和飽合土層熱濕交換機理的研究,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)軟件來求解這一涉及多相態(tài)的多場、多區(qū)耦合的復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傳熱計算程序,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語言編寫了三維橢圓型對流傳熱計算程序,程序的調試平臺選用的是

3、Fortran PowerStation4.0,并采用兩個例子進行了程序的初步驗證。
　　本文接下來建立了基于土壤多孔介質理論的單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、導熱系數(shù)分層、比熱容分層等因素對地埋管換熱器性能的影響。在恒定功率下計算48個小時發(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;土壤導熱系數(shù)各層不相同時,地埋管換熱器的性能要比均質土壤時要差一些

4、;比熱容的分層對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,以西安市某實際工程為例,分別分析了管群在動態(tài)負荷下運行,當冬夏季冷熱負荷平衡、不平衡時對地埋管換熱器長期運行的影響。研究發(fā)現(xiàn)當冬夏季地埋管換熱器承擔的冷熱負荷平衡時,長期運行地埋管換熱器性能穩(wěn)定,不平衡率較大時,隨著運行時間的增加,換熱器性能逐漸惡化,甚至可能會失效。本文還研究了滲流對地埋管換熱器換熱性能的促進作用,并發(fā)現(xiàn),速度較