地源热泵埋管换热器数值模拟研究.pdf

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1、第40卷第11期当代化工Vo1．40N0．]]2011年l1月ContemporaryChemicalIndustryNovembet、，2011地源热泵埋管换热器数值模拟研究李小玲，马贵阳，赵鹏(1辽宁石油化工大学石油天然气lT程学院，辽宁抚顺113(10l；2中石化管道储运公司京唐输浦处，江、徐州I221000摘要：针对地源热泵垂直u型埋地换热器的传热特性，建了换热器及周罔上壤温度场的数学物理模，模拟计算分析了单钻孔垂直u型埋地换热器短期运行况下系统运行时间和不同灌浆材料对埋管周土壤温度场的影响。研究结论可为

2、合理设计埋管换热器提供参考关键词：地源热泵；运行时间；灌浆材料；温度场中图分类号：TQ019文献标识码：A文章编号：1671—0460(2011)11-1198—04NumericalSimulationStudyonHeatExchangerforGround·sourceHeatPumpL1Xiao—ling，MAGui-)ang．ZHA0Peng。(1．CollegeofPetroleumandNaturalGasEngineering，LiaoningShihuaUniversity，LiaoningFu

3、shun113001，China：2．SinopecPipelineStorageandTransportationBranch，JiangsuXushou221000，China)Abstract：TheheattransfermodelofundergroundverticalburiedtubeheatexchangerwasbuiltwithconsideringtheheattransfercharacteristicsofU—tubesgroundheatexchangerofground—sourc

4、eheatpump．Theninfluencesofthesystemoperatingtimeandborehole’Sbackfillmaterialonthesoiltemperaturefieldwereanalyzed．Theresearchresultsmayprovideaguidanceinthedesignofgroundcoupledheatpumpsystems．Keywords：Ground—sourceheatpump；Runningtime；GroutingmaterialTemper

5、aturedistribution地源热泵系统具有运行稳定、温度变化范围小c等百=(l等]J+砉(【等jc¨，等优点。用土壤作热泵的热源，夏季土壤温度比室式中：^一土壤的导热系数，w／(m·K】外气温低，冬季比室外气温高，这样更有利于提高P一土壤的密度，kn热泵系统的运行性能IJ．2]。地源热泵系统的性能很大C一土壤的比热，J／(kg·℃、程度上取决于埋管换热器的性能，而且热泵系统的边界条件：负荷、初投资造价均与埋管换热器的尺寸相关联。(1)管内流体埋管壁交界施加第一类边界条件采用有限元计算方法，编制程序，对垂直

6、【j型埋管换热器运行丁况进行模拟计算。研究分析了单=a(r—)(2)钻孑L垂直u型埋地换热器短期运行况下系统运行式中：一管璧与防冻液换热系数，w／(m·)一管璧的温度，。C时间和不同灌浆材料对埋管周围土壤温度场的影一管内流体的温度，℃响。(2)计算上壤远边界施加绝热边界条件OT：0(3)l传热模型_式中：n为边界外法线方向垂直单u型埋管换热器，管子埋在地表下的竖(3)边界上壤温度保持土壤初始温度不变直钻孔中，用回填材料填实，流体在u型埋管内流T=(4j动并与土壤进行换热。式中：兀一土壤初始温度．℃初始条件：模型的

7、建基于如下假设：忽略地表面温度波动对土壤温度的影响，认为土壤初始温度均匀一致，7_1，_Il=Lo恒定不变，且等于边界土壤的温度；忽略埋管和回网格划分：用i节点单元埘u管周l韦l旧填L填土接触热阻；不考虑管壁热阻；不考虑水分迁移及土壤进行单元划分。由于地下换热器传热过程．温度沿径向方向变化较大，因此在水平方向l-．X~tU对热量传递的影响。型管周围网格进行了局部加密j如1所示控制方程：作萋者悬简介：2李垄01小1拇玲-08f(-]1390821)，专女，青海西宁^人．讲师，博七在读，研究方向同：从事地源挥热泵荥技

8、术IT_E[：-mlaJ]}：lin!g,zl1。1]儿15@1(川圳第40卷第ll期李小玲，等：地源热泵埋管换热器数值模拟研究ll99加，这些点的温度逐渐趋于稳定，温度缓慢增加。而离土壤换热器较远的点，如X=0．5m、x：2．5m，系统运行初期土壤温度基本不变，随着运行时间的增加，土壤温度稳步上升，上升的幅度越来越大。为了更好的说明问题，在此定义为土壤温度随系统运行时间