基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析.pdf

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1、2015年第43卷第4期流体机械75文章编号：1005—0329(2015)04—0075—05基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析张景欣，彭冬根，魏昊然，申传涛(南昌大学，江西南昌330031)摘要：为了研究U型地埋管换热，以线热源模型作为基础，以夏季制冷工况为例，运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明：当换热介质流量和埋管深度均增大3倍，土壤导热系数增大1．6倍时，单位管长换热量变化幅度分别为9．9％、一1

2、0．7％、23．3％。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。关键词：土壤源热泵；垂直U型地埋管；线热源模型；数值模拟中图分类号：TH137．8文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2015．04．016AnalysisOilHeatTransferofVerfie~U—tubeGroundHeatExchangersBasedonLineHeatSourceModelZHANGJing—xin，PENGDong—gen，WEIHao-ran，SHENChuan—tao(Nanchan

3、gUniversity，Nanchang303031，china)Abstract：InordertostudytheU—tubegroundheatexchangers，amathematicalmodelbasedonlinesourcemodelwasbuiltandbyusingCprogramminglanguage，theeffectsofrunningtime，flow—rateofheattransfermedium，soilpropertiesanddepthofU-tubeonU··tubeheattrans

4、ferandvariationofsoiltemperaturedistributionaroundU·-tubewereinvestigatedunderarefrigerationoperatingconditioninsummer．Theresultsofsimulationshowthatwhentheheattransfermediumflow—rateanddepthofburiedpipesareincreasedby3timesandsoilthermalconductivityisincreasedby1．6t

5、imes，variationsofheattransferperunitlengthare9．9％，～10．7％，23．3％．ThesestudyresultscanprovidereferencefordesignoftheverticalburiedU—tubeheatex—changer．Keywords：GSHP；verticalU—tubeundergroundheatexchanger；lineheatsourcemodel；numericalsimulation1前言到地源热泵系统的经济性J。欧美等国的研究机构在2

6、0世纪50年代就开展了对地下埋管换热近年来，地源热泵在国内得到了快速发展。过程的研究。目前埋管的模型可以归为两类：即地源热泵具有利用可再生能源、节能环保效果好、以线热源与圆柱热源理论为基础的解析解模型和系统简单、性能系数高等优点，在欧美应用较为广以数值计算为基础的数值解模型11]。Ingersoll泛¨。地源热泵系统相对于空气源热泵系统拥andPlass于1948年利用开尔文(Kelvin)线热源有更高能源效率，有助于减少碳的排放。然而较理论首次提出了线热源模型j，并将其应用到无高的安装、钻孔成本成为了地源热泵系统发展的限大土壤

7、中，目前大多数地源热泵地下埋管设计阻碍J。为了使其经济效益最大化，对地埋管换模型是利用该理论作基础。本文以线热源模型为热的传热及土壤温度分布的研究是十分必要的。基础，进行分析求解，研究埋管传热的影响因素及地下水流动、地质条件、循环介质的流量、埋管的土壤的温度分布，以期为地源热泵系统的设计及深度及布置形式、系统运行的管理等都直接影响应用提供依据。收稿日期：2014—06—05修稿日期：2015—03—06基金项目：国家自然科学基金项目(51266010)；江西省科技支撑计划项目(20123BBG70195)76FLUIDMACHI

8、NERYVo1．43，No．4，2015一个微元处的积分函数Y=e‘／u的值。对每个2模型的建立微元处的函数值相加后，再乘以区间长度，即可求2一“．得fdu的值，最后可求得X>0．2时：2．1线热源模型．u2IngersollandPlass提出的线热源模型是将