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1、第22卷第6期哈尔滨商业大学学报(自然科学版)Vol.22No.62006年12月JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)Dec.2006土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究魏超,闫泽生(哈尔滨商业大学土木与制冷工程学院,黑龙江哈尔滨150028)摘要:介绍了几种常见土壤源热泵U型埋管换热器传热模型,建立了单U型垂直埋管换热器的非稳态传热模型.采用隐式有限差分法对冬季运行工况进行数值模拟,得到了U型埋管出口水温的变化规律及土壤温度场的分布规律.关键词:土壤源热泵;传热模型;U型
2、垂直埋管;数值模拟中图分类号:TU832文献标识码:A文章编号:1672-0946(2006)06-0106-05ResearchonheattransfersimulationofU2tubegroundheatexchangerforground2sourceheatpumpWEIChao,YANZe2sheng(SchoolofConstructionandRefrigerationEngineering,HarbinUniversityofCommerce,Harbin150028,China)Abstract:Baseonseveralcommon
3、U2tubeheattransfermodelsofgroundsourceheatpump,thispaperproposesatransientheattransfermodelforsingleU2tubeverticalheatexchanger.Simulatesthewinteroperationconditionbyadoptingexplicitfinitedifferencemethod.ThechangerulesoftheexitwatertemperatureoftheU2tubeandthedistributionofgroundt
4、em2peratureareobtained.Keywords:ground2sourceheatpump;heattransfermodel;verticalU2tube;numericalsim2ulation土壤源热泵系统由于具有节能、环保等优点,内难以形成共识.因此,采用和推广土壤源热泵技在欧美国家应用较为广泛,但在我国尚处于起步阶术首先要对埋管中的流体与土壤之间的换热过程段.我国地域辽阔,蕴藏着丰富的地表浅层地热资进行深入的研究,建立和完善地下传热模型,为地源,因此有效利用浅层地热资源,克服传统热泵空热换热器的设计提供理论基础.调技术中的局限与不足
5、,是非常有意义和实用价值1地下换热器典型传热模型介绍的.目前由于地下钻井费用高,对岩土结构有要求及缺少可靠的系统设计和模拟工具,土壤源热泵在影响土壤源热泵系统性能的因素较多,包括地我国的应用及发展较为缓慢.下水流动、回填材料的性能、换热器周围发生相变地下埋管换热器传热性能研究一直是土壤源的可能性以及沿管长方向岩土物性变化等.此外,热泵系统的技术难点,同时也是该项技术研究的核地下换热器负荷的间歇性及全年吸放热负荷的不心和应用的基础.对于地热换热器,其整个传热过平衡等因素,对其性能也有重要影响.由于地热换程是一个复杂的、非稳态的传热过程,涉及的物理热器传热问题的
6、复杂性,迄今为止还没有普遍公认模型很复杂,涉及的因素也很多,现有的各种设计的模型和规范.国际上地热换热器的传热模型主要计算方法得出的结论往往相差很大,而且在短时期有两类,第一类是以解析法为基础的传热模型,第收稿日期:2006-02-26.作者简介:魏超(1979-),男,硕士,研究方向:热泵技术研究与应用.第6期魏超,等:土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究·107·二类是以数值计算为基础的传热模型.此外也有一αSτr式(3)～(4)中z=2,p=;r0为埋管外径,m;β些传热模型综合考虑了解析和数值两种方法.rr01.1基于解析法的传热模型为积分常数;
7、J0,J1分别为0阶和1阶第一类贝塞1)Ingersoll模型线热源理论模型尔函数;Y0,Y1分别为0阶和1阶第二类贝塞尔函[1]Ingersoll模型方法是在Kelvin线热源理论基数.础上发展而来的,用于求解土壤温度场的分布.该通过对埋管换热器的传热分析,得出垂直U模型假定土壤的初始温度均匀,把埋管换热器看成型管内流体的平均温度Tαf为是一无限长常热流的热源(或热汇).埋管周围土q′q′Tαf=T0+G(z,p)+,(5)壤的温度场分布为λSCNi·2πr0·heq∞-β2rrr-1q′eq′000TS-T0=∫dβ=I(X).(1)heq=+ln.(6
8、)2πλSXβ2πλSrihiλprir其中:heq
