地埋管土壤温度特征数值模拟和实验的研究

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1、中文摘要本文对土壤源热泵制冷和供暖过程中土壤中温度场变化进行了实验和模拟分析。具体针对由于冬夏负荷不相等，造成土壤中热量不平衡，分析得出土壤温度的变化成为影响系统运行性能的重要因素之一。研究在供暖(冷)期后，土壤的温度场的变化的规律，以及形成的原因。根据地下土壤结构和温度场分布的特点，对地层结构特性其中包括不同土壤软土层构造进行分析，确定了分层的导热系数，并建立物理模型和数学模型。模拟计算主要采用fluent软件，针对不同工况条件下土壤温度场的分布特征进行了模拟计算。为了提高系统性能效率，采用合理的运行模式很重要。初夏冷负荷需求

2、较小，可采取地埋管单独供冷的运行模式。由于埋管内流体进出口温差小，对地埋管周边土壤温度影响较小。太阳能与地源热泵耦合比地源热泵供暖减缓土壤温度下降速率。针对每个工况结束后土壤恢复原始状态的周期、恢复效果等，结合土壤特性，分析影响下一个工况的运行。根据实验取得的数据分析，采用恢复率对比方法，描述不同工况后的土壤恢复情况。分析结果得出供冷期结束后第26天土壤恢复率达到0．91，供热期结束后第75天也就是夏季工况开始前土壤恢复率达到O．91。影响恢复率大小的因素除了每个工况结束后的土壤温差大小，还有冷热流在土壤中热扩散和冷扩散的速率不

3、同。制热工况结束到制冷工况开始期间，土壤未恢复到初始温度可视作向土壤蓄冷，并可增加夏季从土壤中的取冷量。关键词：土壤温度场，传热性能，恢复率，能量平衡，运行模式ABSTRACTExperimentalstudyandnumericalsimulationhavebeencarriedouttoanalyzethetemperaturevariationinthesoilfortherefrigeratingandheatingwordconditionsinthisthesis．Inallusiontotheheatimbala

4、ncecausedbythecoolingandheatingload，theanalysisshowthatthetemperaturevariationinthesoilisoneofthekeyfactorsthathaveasignificantimpactonthesystemperformance．Thetemperaturevariationaswellasthecorrespondingreasonswasanalyzedaftertherefrigeratingandheatingwordconditions．

5、Basedonthesoilstructureandthedistributionofthetemperaturefield，thestructurepropertiesincludingthesoillayersfordifferentsoilsareanalyzed，andthethermalconductivityofthelayeredaredetermined．Inaddition，thephysicalmodelandthemathematicalmodelarebuilt．Theanalogcomputations

6、arecarriedoutwiththehelpofnumericalsimulationsoftware．Thedistributionofthetemperaturefieldunderdifferentworkingconditionsisstudiednumerically．Forthesakeofincreasingthesystemperformance，areasonableoperationalmodeisveryimportant．Forexample，attheearlierstageofrefrigerat

7、ingwordconditions，thegroundheatexchangersareusedasthecoldsoHrcewithoutheatpump，whichcallmeettherequirementswhilethecoolingloadislow．Inaddition，thetemperaturevariationissmallincomparisontothetraditionaloperationalmode，andthisisbecausetheheappumpdoesnotrunreducingaport

8、ionofheatreleasetothesoil．Theoperatingcharacteristicsforthenextworkingconditionwereanalyzedaccordingtothesoiltemperaturerecoveryint