地源热泵地中换热器的非稳态传热数值研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第1期可再生能源V01．26N0．】2008年2月RenewableEnergyResourcesFeb．2008地源热泵地中换热器的非稳态传热数值研究唐志伟，金楠，闰桂兰(1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100022；2．天津市建筑设计院机电设备二所，天津300000)摘要：竖直U型管经常被用做地源热泵的地下换热器。文章建立了三维数值模型模拟U型管内的流动和地下耦合非稳态传热。使用商业软件GAMBIT和FLUENT构造数值模型并进行数值模拟。为了验证模型的有效性，将U型管出口水温的模拟结果与实测数据进行了比较：运行中出口

2、水温模拟值稍大于实验值，随着运行时间的增加，两者相差越来越小。该结果显示，对于长时间运行的热泵系统，此模型的模拟数据更加真实可靠关键词：地源换热器：U型管；数值模拟：传热中图分类号：TK523文献标志码：A文章编号：l67l一5292(2008)0l一0055—04NumericalstudyonunsteadyheattransferofundergroundheatexchangerofGCHPTANGZhi—wei，JINNan，YANGui—lan(1．CollegeofEnvironmentandEnergyEngineering，BeijingUniversityofTec

3、hnology，Beijing100022；China；2．TianjinArchitectureDesignInstitute，theSecondElectromechanicalEquipmentBureau，Tianjin300000：Ghina)Abstract：VerticalU-tubesareusuallyusedasundergroundheatexchangersinground—coupledheatpumps(GCHP)．Three—dimensionalnumericalmodelsareconstructedtosimulatetheflowinvertica

4、lU—tubesandtosimulateunderground—coupledunsteadyheattransfer．Commercialsoft—ware，GAMBITandFLUENT。areusedtoconstructnumericalmodelsandtocarryoutnumericalsimulation．Toverifythevalidityofthemodels．simulationresultsoftheU—tubeoutletwaterten—peraturearecomparedwithactualtestdata．Thesimulationresultsa

5、reslightlyhigherthantheac—tualtestdataintheoperation；furthermorethedifferenceswillbesmallerandsmalleralongwiththeincreasingoftherunningtime．Theresultsshowedthat。thesimulationresultsofthenumericalmodelsaremorereliablefortheU-tubeinlong—termoperation．Keywords：ground-coupledheatexchanger；U-tube；num

6、ericalsimulation；heattransfer0引言U型管视为柱热源。通过实验研究和数学推导，他土壤的温度在冬季比室外空气温度高，在夏们发现了U型管单支管的外径D和等效柱热源季比室外空气温度低。以土壤为换热源的热泵比直径D的联系系数为1．0～1．662，平均值为1．3t”。以室外空气为换热源的热泵的工况更理想。竖直1995年．YianGu和DennisLO’Neal用分析法求U型管具有结构简单和占地空间少的优点。被广解等效于U型管的柱热源．得到近似分析解嘲。泛用作地源热泵工程的地源换热器。1998年，YianGu推导出等效圆柱直径D取决于为了弄清地埋U型管的换热能力和与其换

7、U型管单支管的外径D和两管中心距的结论l3l。热土壤的温度场。研究者一直在对U型管传热的1997年．SteveP．Rottmayer等人用柱坐标的网格数学模型进行研究，等效法在此研究领域中被广代替U型管形状，得到了一种新的等效模型。泛使用。1986年，VCMei和CJEmerson将竖直2001年．周业素建立了使用经验公式计算水和等收稿日期：2006—11—28。作者简介：唐志伟(1966一)，男，湖南邵阳人，博士，副教授，主要从事水源热泵和地