岩土体分层结构对单u管换热器周围温度场恢复的影响研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文岩土体分层构造对单U管换热器周围温度场恢复的影响研究摘要与传统供热制冷系统相比，地源热泵系统在节约能源、减少环境污染等方面有着显著优势，在我国以至全球范围内得到了迅猛发展。然而受气候特征及建筑物负荷特点的影响，地源热泵系统在我国大部分地区应用时，存在着冷热负荷不平衡的问题，地源热泵的间歇运行可以减轻负荷不平衡导致的岩土体温度场剧烈变化。本文通过寒冷地区地源热泵系统实际工程搭建的地温测试系统，对地埋管周围的岩土体温度场进行监测。通过分析地埋管换热井与测试井之间岩土体温度场在恢

2、复期内的变化差异，得出了岩土温度场的恢复特性规律。利用FLUENT软件根据实际岩土体温度恢复情况建立了考虑地热和岩土体分层构造影响的模型，着重研究了岩土体轴向分层和径向分层对岩土体温度恢复的影响。从试验结果可知，地埋管周围岩土体温度的恢复受岩土体轴向分层影响较大，在地源系统的恢复期初期，位于增温带的岩土温度场主要受地热能影响，自下而上传热进行恢复，受太阳辐射等气象条件的影响较小；而位于变温带的岩土温度的恢复则同时受地热能和太阳辐射的影响。地埋管周围岩土体温度恢复主要是在恢复期前期和中期完成，在恢复期进行

3、的10天各层地温恢复率为82％—94％，基本达到I太原理工大学硕士研究生学位论文稳定温度，但和岩土体原始温度还有差距。全年间歇运行后，各层岩土体温度总体而言高于原始温度，平均相差0.47℃。本文将岩土体分层模型和不分层模型进行对比，从模拟结果可知，岩土体轴向各层岩土体热物性不同，使得各层岩土体温度恢复速率不同，温度恢复速率从高到低排序依次为：强风化砂岩层、卵石层、中风化砂岩层、湿陷性黄土层、黄土层（粉土），湿陷性黄土层、黄土层（粉土）比较容易出现热堆积。岩土体分层模型和不分层模型得到的岩土体温度分布情况

4、不相同，分层模型的最终温度分布和实际温度分布一致，采用不分层模型的最终温度分布和实际温度分布相差较多，其分布在恢复过程中不变，各层温度略高于实测值。岩土体径向分层主要是由于人为选择回填材料的热物性与周围岩土体不同导致的，本文选取四种不同导热系数的回填材料进行模拟，分析其对岩土体温度恢复的影响，研究可知随着恢复时间的增加，回填材料导热系数对岩土体温度恢复的影响随时间不同而不同。在恢复期一开始，回填材料导热系数越大，越有利于地埋管内流体和周围岩土体的换热。随着恢复时间的增加，四种工况下模拟得到的岩土体温度相

5、差越来越小，到第12小时，岩土体温度几乎相同；说明随着恢复期的进行，回填材料的导热系数对温度恢复的影响逐渐降低。因此仅考虑在恢复期，选择导热系数高的回填材料的意义不大。关键词：地源热泵，恢复期，温度分布，岩土体分层，回填材料II太原理工大学硕士研究生学位论文RESEARCHONTEMPERATURERECOVERYCHARACTERISTICSINFLUENCEDBYLAYEREDROCK-SOILBODYAROUNDTHESINGLEU-TUBEABSTRACTComparedwithconventi

6、onalheatingandcoolingsystems,GSHPsystemshavebeendevelopingrapidlyduetoitssignificantadvantageinsavingenergyandreducingenvironmentalpollution.However,theunbalancedloadofhotandcoldcausedbyimpactofclimatecharacteristicsandloadcharacteristicsofthebuildingisa

7、seriousproblemwhentheGSHPsystemusedinmostpartsofChina.AndtheintermittentoperationofGSHPsystemcanreducethedrasticchangeoftherock-soilbodytemperaturecausedbyunbalancedload.Inthispaper,arock-soiltemperaturefieldmonitoringsystemofGSHPsystemincoldregionwasins

8、talled,thedifferencesofrock-soilbodytemperaturefieldchangesbetweenthegroundheatexchangerwellsandtestwellsduringtherecoveringseasonwereanalyzedandthevariationlawsofrock-soilbodytemperaturefieldwereobtained.TheFLUENTsoftware