土壤蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟.pdf

《土壤蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第33卷第3期2042017年2月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．33No．3Feb．2017土壤蓄热一放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟吴嗄，刘卫，路子业，梁盼龙，金光(内蒙古科技大学能源与环境学院，包头014010)摘要：为探索内蒙中部地区地源热泵蓄热．放热过程中地埋管周围土壤温度变化特性，以垂直u型地埋管周围土壤为研究对象，基于有限元分析法建立了二维非稳态传热物理数学模型。在与试验结果进行验证的基础上，对土壤蓄热、放热和蓄热．放热耦合过程

2、进行模拟研究。分析了热作用半径、单位管长换热量和土壤温度随热泵运行时间及运行模式的变化规律；单一条件下的蓄热、放热以及蓄热．放热耦合模式下土壤热平衡问题，探讨了流体入口流速、温度、土壤类型和热泵运行模式等因素对土壤温度场的影响。研究结果表明：热作用半径随蓄热时间的增加而增大且逐渐趋于平缓，热泵运行25和28d后，热作用半径分别为3．3和3．4nl；流体入口温度对热作用半径及单位管长换热量影响较大但流体流速影响较小，流体入口温度和速度分别为40、60℃和0．6、1．2m／s时，对应热作用半径分别为3．7、4．5和3．5、3．6m。合理的间歇运行模式

3、对换热量及埋管周围土壤温度的恢复均有改善；土壤导热系数越大土壤温度恢复时间与效果越佳，土壤导热系数为3．1W／(m．IO时恢复后温度为9．3℃(土壤初温9．5℃)。此外，蓄热-放热耦合模式下换热量不等对土壤热平衡具有较大影响。试验验证表明，所建模型具有一定的准确性其相对最大误差为5．35％。关键词：土壤；温度；热泵系统；地埋管；热作用半径；运行模式；土壤热平衡doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．03．028中图分类号：TU83文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一03—0204—010吴匝，刘卫

4、，路子业，梁盼龙。金光．土壤蓄热．放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟[J]．农业工程学报，2017，33(3)：204—213，doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．03．028http：／／www．tcsae．orgWuXuan，LiuW萌，LuZiye，LiangPanlong，JinGuang．Simulationontemperaturevariationcharacteristicsofsoilaroundburiedpipeinprocessofheatstorageandrelease[J]．Tra

5、nsactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(3)：204—213．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．03．028http：／／www．tcsae．org0引言地源热泵能够利用浅层地热资源实现对建筑物的制热和制冷，因其系统运行稳定而受到广泛应用[1-4]。但热泵系统运行稳定很大程度上取决于地埋管换热器与周围土壤的传热特性，与土壤物

6、性参数、热泵运行模式、热泵功率、回填材料、流体流速和入口温度等因素密切相关[5母】。因此，地埋管换热器传热特性因素的研究对实际热泵系统的设计及运行至关重要。Bottarelli等【lo】采用有效热容法对相变回填材料与传统的回填材料对地埋管传热特性进行对比研究，其研究表明：相变材料能够保证地埋管换热的连续性和提高系统的性能系数值。Yang等【11]利用试验方法探究了土壤类型及土壤含湿量对埋管周围土壤温度场的影响，结果表明：土壤导热系数越大热传递速率越大但不宜过大，黏土适合作为蓄热材料；土壤中水分的存在能够降低土壤温度的波动范围和提高地埋管传热效率。

7、Lee等【l2】采用隐式有限差分法对流体入口速度对地埋管传热特性进行研究，其结果表明：流速在层流区域时管内壁热阻约占总热阻的15％左右，流速处于湍流区域时对流热阻几乎为0。收稿日期：2016．05—16修订日期：2016．12-20基金项目：内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2014MS0530)。作者简介：吴呕，男，博士，副教授，从事土壤源热泵技术的开发与应用技术研究。包头内蒙古科技大学能源与环境学院，014010。Email：wx舒f@l63．COIllHan等[13]基于有限元模型研究了热泵系统连续运行与间歇模式对地埋管传热特性的影响，其研

8、究结果表明：间歇运行模式下地埋管附近土壤温升率较低有利于地埋管的传热，同时热泵系统的性能系数值及单位管长换热量均有所提升。Carli等【