地下水渗流方向对单u型埋管换热器换热特性影响的数值研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文地下水渗流方向对单U型埋管换热器换热特性影响的数值研究摘要能源是经济社会发展的物质基础，人类的生存和社会的发展都离不开能源。世界各国经济快速发展和人们生活水平逐步提高的同时，能源紧缺问题日益突显。因此能源的可持续发展成为了社会关注的焦点。埋管式地源热泵作为一种高效的可再生能源利用技术，以其在节约能源和环境可持续发展等方面的优势近年来倍受青睐，对其研究和应用也不断增多。随着计算机技术的不断发展，数值模拟方法已经成为研究埋管式地源热泵系统的重要手段。很多学者在对埋管式地源热泵系统进行模拟的时候，为了简化

2、模型都忽略了地下水渗流这个影响因素，然而地下水渗流是真实存在的，将其忽略会影响对于实际系统的运行评估。通过现有的对地下水渗流的研究可以发现，地下水渗流能增强地埋管换热器的换热效率，进而提高埋管式地源热泵机组的运行效率，对于埋管式地源热泵系统的运行是一个有利的条件。但是现有针对不同的地下水渗流方向对系统换热效率以及对其周围岩土体温度场影响的研究很少，因此本文通过研究不同地下水渗流方向对埋管式地源热泵系统的影响程度来探究现有研究中存在的问题，为工程设计提供一定的参考。I太原理工大学硕士研究生学位论文本文首先针对从供水支管到回水支管、

3、从回水支管到供水支管以及垂直于供回水支管轴线三种地下水渗流方向进行讨论，运用FLUENT流体计算软件模拟了不同的地下水渗流方向对埋管式地源热泵系统U型地埋管进出口温差以及对周围岩土体温度场的影响，并对模拟结果进行了对比分析。其次为了进一步研究不同渗流方向对U型地埋管进出口温差的影响，又针对地下水渗流方向与地埋管供回水支管中心连线的夹角(渗流方向角)为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的情况进行数值模拟，并对模拟结果进行了分析。研究结果表明：U型地埋管的供回水温差并不完全是随着渗流速度的增大而一直增大，

4、而是与渗流方向有着直接的关系；同时最佳渗流速度并不是一个定值，而是会随着渗流方向角的变化而变化；不同方向的地下水渗流对U型地埋管的热作用半径的影响程度也是不同的，可见地下水渗流方向是一个影响埋管式地源热泵系统运行的重要因素。同时本文揭示了现有的数值研究中使用等效管替代法存在的不足，并且进一步阐明地下水渗流对系统换热效率的影响，也为实际工程提供了一定的参考。关键词：地下水渗流方向，埋管式地源热泵，供回水温差，热作用半径，数值研究II太原理工大学硕士研究生学位论文NUMERICALSIMULATIONSTUDYOFPERFORMAN

5、CEOFSINGLEU-TUBEHEATEXCHANGERINTHEDIFFERENTSEEPAGEDIRECTIONSABSTRACTEnergyisthematerialfoundationofthedevelopmentofeconomyandsociety,whichisintegraltothesurvivalofmankindandthedevelopmentofsociety.Withtherapiddevelopmentofglobaleconomyandtheimprovementofhumanlivingst

6、andard,theproblemofenergyshortageisbecomingmoreandmoreprominent.Therefore,thesustainabledevelopmentofenergyhasbecomethefocusofattentionofthesociety.Asakindofhighefficienttechnologyofrenewableenergyutilization,ground-coupledheatpumpismoreandmorepopularbecauseofitsadva

7、ntageinenergysavingandsustainabledevelopmentofenvironment,accordingly,theresearchandapplicationaboutithaverisensteadily.Withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnology,numericalIII太原理工大学硕士研究生学位论文simulationmethodhasbecomeanimportantmeantomakeresearchaboutground-coupl

8、edheatpump.Inordertosimplifythemodel,manyscholarsignoretheinfluenceofgroundwaterseepage,whichisanimportantfactortotheground-coupled