某大型热泵地埋换热器换热模拟研究.pdf

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1、No．2，2014，12Vo1．33(TotMNo．126)文章编号：ISSN1005—9180(2014)02—012—06某大型热泵地埋换热器换热模拟研究徐小玉(上海联创建筑设计有限公司，上海200120)[摘要]本文首先建立了德阳火车站地源热泵地埋换热器模型。然后利用ANSYSY有限元分析软件进行网格划分和数值模拟，通过实测进出口温度及单位井深换热量等值与相关模拟值对比，验证模型的正确性。在此基础上了主要模拟分析了流体不同人口流速对地埋换热器换热特性的影响，不同土壤物性参数对换热特性的影响。此外，还

2、模拟研究了某一非稳态运行时间段内，不同径向处土壤温度分布。[关键词]地埋换热器；数值模拟；换热特性[中图分类号]TQ051．5；TK172[文献标示码]Adoi：10．3696／J．ISSN．1005—9180．2014．02．003UndergroundHeatTransferSimulationStudyofaLarge·--scaleGroundSourceHeatPumpExchangerXUXiaoyu(UnitedDesignGroupCo．Ltd．，Shanghai200120)Abstra

3、ct：Firstly，thispaperestablishedagroundsourceheatpumpundergroundheatexchangermodelofDeyangrail—wayStation．ThenusefiniteelementanalysissoftwareANSYSYtomeshthemodelandgetthenumericalsimulationre—suits．Onthisbasis，thepapersimulatestheimpactofdifferentinletvel

4、ocityforfluidundergroundheatexchangerchar-acteristics，theeffectsofdifferentsoilphysicalparametersontheheattransfercharacteristics．Inaddition，thepapersimulatesthenon—steady—stateoperationperiodofthesoilatdifferentradialtemperaturedistribution．Keywords：Unde

5、rgroundheatexchanger；NumericalSimulation；Heattransfercharacteristics埋双u型管与土壤传热的三维数学模型，运用1引言该模型来模拟双U型管内流体的流动和传热、双U地源热泵是利用浅层地热资源对建筑进行空气型管与土壤的传热及土壤温度场。调节的装置，具有良好的节能与环保效益，近年来其应用越来越广泛⋯。在整个地源热泵系统中，2地埋双u型管换热器几何模型的研究的重点难点一直集中在地埋换热器上。目前国建立及网格的划分内很多研究主要集中于单U型管，而双U型

6、管与单u型管在组织结构与换热性能方面差异巨大，2．1地埋换热器几何模型的建立且近年来双U型管换热器以其钻井利用率高和换本文结合宝成线德阳火车站站房地源热泵工热性能好等优点被广泛应用。为了全面准确的描述程，采用三维建模软件Proe建立与该工程地埋换双u型管地下换热器的传热特性，本文结合四川热器完全相同的三维几何模型，该地埋换热器模型德阳火车站站房地源热泵系统工程，建立了竖直地尺寸参数如下：收稿13期：2014—2—7作者简介：徐小玉，男，工程师。主要从事暖通设计。Email：x030190@163．conN

7、o．2，2014，14Vo1．33(TotalNo．126)3．2模型验证及不同入口流速对地埋换热器换热性能的影响入口流速的大小直接影响管内对流换热热阻，lOO进而影响换热性能。流速过小会使管内流动处于层流状态，不利用充分换热；而流速过大，则将导致柱管内流体还未与岩土进行充分换热，就完成循环而80回到热泵系统中，这将对热泵性能产生不利影响；另外流速的增加也会带来流动阻力的增大，这将会：增大泵的功耗。在其它参数不变入口水温恒定为60308K时，本文选定0．1m／s、0．3m／s、0．4m／s、0．5m／s、

8、0．6m／s、0．7m／s、0．8m／s和1．2rn／s0．00．51．01．5流体人口流速等值进行换热模拟。由计算可知，流速为0．1m／s时，雷诺数为3119，流速为1．2m／s时，雷诺数为图4单位井深换热量实测值与模拟值对比图45583，覆盖了从过渡区到旺盛紊流区的范围，具有广泛的代表性有较大幅度的增大，随后在流速0．4～0．6m／s时由于该工程为实际工程，通过测试该地源热泵该值对流速的变化率进一步降低，而管内流速在地埋管