本文建立了单型管地下换热器的真实尺寸三维数值模型,通过模拟结果同试验实测数据的对比,验证了模型的正确性。本文随后对单型管地下换热器在冬季工况下连续运行和间歇运行的换热率进行了数值计算,得出了换热率随时间变化的规律。本文还对连续运行工况下型管作用半径随时间变化的规律进行了研究。本文得出的结果可以用来指导地源热泵工程的设计。因而对型管与土壤间传热分析研究的需求变得迫切。众多研究者对型管的传热进行了数值计算,但这些计算大都是基于等效管理论的。本文所进行的数值模拟是在与实际型管形状完全相同的模型基础上计算三维流动与传热,不采用等效法。通过对模拟结果与来自地源热泵工程的实测数据进行比较,证明这种模拟方法是可行的。本文对地源热泵冬季连续运行和间歇运行工况下型管的传热进行了数值模拟,数值模拟软件为采用软件进行建模。
钻孔和模拟范围内的土壤可看成是圆柱体。利用对称性只需取圆柱的一半建立模型。控制方程组与边界条件土壤和回填土为多孔介质,但根据的研究传热传质祸合模型与纯导热模型精度近似,因此本文认为土壤和回填土为固体,其中的传热为纯导热。进口条件充分发展流动,出口条件无限远处,壁面条件无限远处,壁面条件壁面条件对称边界条件计算网格划分采用软件建立了竖直型管的几何模型并划分了网格。
进口水温流速地图连续运行92天型管热流量随时间变化顾中煊等型管地下换热系统非稳态传热数值模拟受到影响温度发生变化的土壤径向范围,即型管换热器的作用半径叹随时间的变化见图时为单位,热流量是每小时末的单位井深的热流量试从图中可以看出,连续运行期间热流量随时间降低,但在每个停歇期后热流量将比上个连续运行期结束时有明显提高,但比上个连续运行期开始时要低。
间歇运行工况本文还对深型管冬季工况下间歇运行的传热进行了数值模拟。得出了地源热泵系统连续天每天连续运行16小时然后停机小时,地埋型管传热量随时间的变化。进口水温定为流速数学模型的其他参数和边界条件与冬季连续运行模型相同。
根据前面的讨论型管的热流量随时间推移而下降,但是在间歇运行中土壤温度有一定恢复时间,热泵再次启动后,型管与土壤的传热工况有所改善,热流量将比之前提高。天中每天连续运行小时总计48小时的运行时间内热流量随时间的变化,时间以小图间歇运行工况下型管热流量随时间的变化结论本文得出了型管的传热量和传热量对时间的变化率都随运行时间推移而减小的规律。
对于间歇运行工况,型管的传热量在每个连续运行期间随时间降低,在热泵重新启动时传热量将比上个连续运行期间结束时有明显提高,但低于上个连续运行期开始时的传热量。