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1、U管埋地换热器周围土壤传热性能测试方法第21卷第3期2007年9月制冷与空调RefrigerationandAirConditioningVl01.21No.3Sep.2007.53～58文章编号:1671-6612(2007)03—053—06U管埋地换热器周围土壤传热性能测试方法彭孝芳朱汉宝周亚素(东华大学上海200051)【摘要】【关键词】中图分类号设计了一套通过测试运行参数反推出土壤传热系数的实验系统.分析埋地换热器两种数学模型,并采用数值分析比较了这两种模型的准确性.结果表明,采用柱源模型分析测试结果更加精确
2、,但对于U型管管径较细,钻井较深的埋地换热器可采用浅源模型进行分析.传热系数;线源模型:柱源模型;数值分析TU119文献标识码ATheMethodonMeasuringthethermalPropertiesoftheSoilaroundtheGroundLoopHeatExchangerwithaU-bendPipePengXiaofangZhuHanbaoZhouYasu(DonghuaUniversityenvironmentcollegeShangHai200051)[Abstract]Designingasy
3、stemtomeasurerunningparameterswhichCanspeculatethermalconductivityvaluesofthesoil.AnalyzingtwomodelsofgroundloopheatexchangerwithaU—bendPipe.And,comparingtheaccuracyofthetwomodelswithnumericalanalysis[Keywords]thethermalconductivity;linesourcemodel;cylindricalso
4、urcemodel;numericalanalysisO前言设计地源热泵空调系统,最关键是设计埋地换热器.埋地换热器受土壤传热特性,土壤的初始温度,钻孔内外热阻,循环液体流速与流量等因素的影响,致使很难准确确定埋地换热器的传热性能.其中,土壤的传热特性对埋地换热器的影响相当大.因此,为了更准确地确定垂直u型管埋地换热器钻井深度与数量,必须知道土壤的传热特性,即:土壤的导热系数,土壤的热扩散率与土壤的初始温度.传统估计土壤传热特性的方法是:在钻井中取土壤样本,确定样本土壤的类型,然后在《地源热泵系统设计手册》中查对应的土
5、壤导热系数范围.例如:潮湿的石英质砂石的导热系数在3.1W/m?K~7.8W/m?K之间.工程上为了安全因素,这种土壤的导热系数就取3.1w,m?K,从而单位钻孔的传热量也取下限,导致钻孔的深度过长,钻孔数量较多,地热换热器的造价偏高.所以知道当地土壤传热特性对减少地源热泵的地热换热器初投资具有致关重要的意义.有利于地源热泵技术在国内的推广,促进自然资源合理利用,符合实现我国可持续发展的战略目标.l测试系统的设计1.1研究背景地下岩土的导热系数不能象测量温度,压强等那样直接测量,而只能根据传热学理论通过测量温度,热流等
6、进行反向推算,即这是一个传热的反问题【lq】,1983年,Morgenson就把这种测试土壤传热特性的方法定义为热响应.1995年他就开始建设这个测试实验.1996年,Eklof-~Gehlin利用同样的方法探讨并设计出一套可移动的测试设备.根据热响应原理,就可以估计出土壤的热容.Gehlin与收稿日期:2006-01-11?彭孝芳,男,1982年1月生,硕士研究生.目前研究方向:地源热泵?54?制冷与空调2007笠Nordell~lJ用这套可移动的测试设备对瑞士各地的土壤传热特性进行测试,于1998年公布了他们测试的
7、土壤传热特性数据.为了通过测量温度与热流量估计土壤的传热特性,必须建立土壤传热模型.目前,有一些可行的数学模型是根据垂直U型管埋地换热器的特性估计它的性能.相反,本测试模型则是据根据垂直U型管埋地换热器的性能估计它的特性.一种模型是线热源模型,1948年,Ingersoll与Plass把这种模型应用到地源热泵埋地换热器中.Mogensen于1983年把这种模型应用到利用热响应实验估计土壤传热特性中.另一种模型是柱热源模型.1947年,Carslaw与Jaeger发展了具有边界条件的柱形几何模型的分析解法.Kavanau
8、gh与Rafferty于1997年描述了柱热源模型在设计埋地换热器中的作用.但是这两种模型都需要很多简化假设.这样就影响了模型的准确性.而且,目前几乎没有文献对其误差进行分析.但为了减少误差可以结合数值模拟【2J法估计土壤的传热特性.1.2测试方法本文根据热响应原理设计出一套测试埋地换热器周围岩土导热系数的实验系统【3J.如图l所
