U型埋管传热数值模拟及恒热流模型分析.pdf

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1、第25卷第5期山东建筑大学学报Vo1．25No．52010年10月JOURNALOFSHANDONGJIANZHUUNIVERSITY0ct．2010文章编号：1673—7644(2010)05—0539—04U型埋管传热数值模拟及恒热流模型分析郎林智，段新胜，陈鹏宇，綦建峰，周维(中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074)摘要：对于地源热泵来讲，全面了解地下埋管周围的土壤温度场分布与变化状况十分重要。利用Matlab中的PDE工具箱建立了考虑实际钻孔半径、回填材料和u型管材料的竖直u形埋管与土壤的二维非稳态传热模型来

2、模拟热泵运行72h内对周围土壤温度场的影响，并与常用的恒热流传热模型计算的结果进行对比分析。结果显示以2～3m为半径进行埋管可以有效避免地热井间的干扰问题；线源模型与柱源模型相比较，线源模型计算的孔壁温度能够更好更快地趋近于数值模拟结果。线源模型在工程实践中应用价值更高。关键词：u型埋管；数值模拟；PDE工具箱；恒热流模型中图分类号：TU831．4文献标识码：ANumericalsimulationofU—tubeandanalysisofconstantheatfluxmodelsLANGLin—zhi，DUANXin—she

3、ng，CHENPeng—yu，eta1．(SchoolofEngineering，ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan430074，China)Abstract：Asforthegroundsourceheatpump，it’Sveryimportanttohaveacomprehensiveunder—standingofthedistributionandchangeofthesoiltemperaturefieldaroundtheburiedpipes．Atwo—di—mensionalu

4、nsteadymodelofheattransferbetweentheverticalU—tubeandthesoilisbuiltwithMatlabPDEtoolboxtosimulatetheheatpumpoperationandcalculateitsimpactwithin72hours’operationonthesoiltemperaturefieldaroundandthenthecalculationresultsarecomparedwiththatbyconstantheatfluxmodels．The

5、resultsshowthattheburiedtubedesignedwith2to3metersradiuscaneffec—tivelyavoidtheinterferencebetweengeothermalwellsandthattheholewalltemperaturecalculatedbylinesourcemodelbetterandfasterapproachestheresultsofnumericalsimulationthanthatbycolumnsourcemode1．Keywords：U—tub

6、e；numericalsimulation；PDEtoolbox；constantheatfluxmodels0引言对于这种u型管换热器模型的研究就显得非常有意义一。尽管，国内外对地源热泵地埋换热器与土壤传热数学模型的研究已经有几十年的历史了，地热能源是一种绿色、清洁并可以循环使用的新型可利用能源。基于地热能源的各种优点和国家但是到目前为止还没有一种普遍公认的模型。目前，工程实践中经常使用的是线热源模型_4和柱热战略能源方向的转移，以开发利用地热资源为目的源模型’，两种模型都将u型管内流体假定为恒地源热泵技术在我国得到迅速发展。

7、目前，地源热定热源，从不同的角度对钻孑L内的传热进行近似。泵工程主要采用垂直的u型埋管作为换热器，因而地源热泵中，地下埋管周围的土壤温度场分布收稿日期：2010—07—06作者简介：郎林智(1988一)，男，山东菏泽人，在读本科，研究方向：地质工程．E—mail：qqll~008@126．corl山东建筑大学学报状况十分重要。因为只有充分了解土壤温度场在地pCI÷一·(k7T)=Q+h·(一T)(1)源热泵运行前后的分布情况，才有可能设计出最优o的地下埋管换热器、埋管形式、埋管间距、数量以及其中：P岩土以及回填材料的密度，kg／

8、m；岩土的布局。实验研究埋管周围温度场的变化十分准确，比热，J／(kg·K)；k回填材料以及周围岩土的导热但经济成本较高，在实际工程中受到了限制。近年系数，w／(m·K)；T温度，℃；分项Q为热源，h·来随着计算机技术的飞速发展，通过建立埋管换热(一T)是与周围