多供一回中心回水管豎直埋管換熱器換熱性能的數(shù)值模擬.pdf

1、在環(huán)境與能源問題日益嚴(yán)重的今天，豎直埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)因其占地面積小、較空氣源熱泵制冷制熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用最為普遍的一種熱泵系統(tǒng)。地埋管換熱器作為土壤源熱泵系統(tǒng)的核心部件，其初投資對系統(tǒng)總投資有很大影響。因要想降低土壤源熱泵系統(tǒng)初投資及推動(dòng)該技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，就要想辦法優(yōu)化地埋管換熱器的結(jié)構(gòu)，以提高地埋管換熱器的換熱效率。
　　本文以減少鉆井中供回水管間的熱短路、回水管與巖土間的熱交換及增大換熱面積為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，提出一種

2、多供一回中心回水管豎直埋管換熱器（以下簡稱多供一回?fù)Q熱器），并對回水管采用雙壁管真空層進(jìn)行保溫。以供水管數(shù)量為2～8根的多供一回?fù)Q熱器及傳統(tǒng)單、雙U換熱器換熱器為研究對象，對比分析多供一回?fù)Q熱器是否可在一定條件下代替單、雙U換熱器換熱器，提高地埋管的換熱效率和換熱量。
　　本文推導(dǎo)了多供一回?fù)Q熱器鉆井內(nèi)熱阻的計(jì)算公式，計(jì)算了多供一回?fù)Q熱器及單、雙U換熱器換熱器的換熱總熱阻，對比發(fā)現(xiàn)多供一回?fù)Q熱器熱阻較單、雙U換熱器換熱器有一定程度

3、的減小。建立了多供一回?fù)Q熱器的理論模型與數(shù)值模型，通過文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了數(shù)值模型有較高的可信度。
　　用FLUENT軟件對多供一回?fù)Q熱器及單、雙U換熱器換熱器夏冬兩季連續(xù)運(yùn)行48h的換熱情況進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：在連續(xù)運(yùn)行工況下，考慮換熱器的換熱性能及經(jīng)濟(jì)性，可選擇0.4m/s作為代替單、雙U換熱器換熱器的最適宜流速，選擇3～5根供水管的多供一回?fù)Q熱器作為代替單U換熱器最適宜的換熱器，選擇五供一回?fù)Q熱器作為代替雙U換熱器最適宜的

4、換熱器。
　　通過對多供一回?fù)Q熱器連續(xù)運(yùn)行工況模擬結(jié)果的分析，模擬夏季供水管數(shù)量為2～6根的多供一回?fù)Q熱器及單、雙U換熱器換熱器間歇運(yùn)行10d的換熱情況，結(jié)果表明：多供一回?fù)Q熱器在0.4 m/s流速下較0.8 m/s速度下的單U換熱器平均單位井深換熱量增幅為18.73％～41.63%，較0.6 m/s速度下的雙U換熱器增幅為2.31%～11.54%；在0.6 m/s流速下較0.8 m/s速度下的單U換熱器平均單位井深換熱量增幅為2

5、3.73%～45.61%，較0.6 m/s速度下的雙U換熱器增幅為5.7～14.67%，且增幅均隨著供水管數(shù)量的增加而增加。在間歇運(yùn)行工況下，多供一回?fù)Q熱器可在較低流速下代替單、雙U換熱器換熱器換熱器，且換熱效果有較明顯的改善。
　　通過本文的研究，證明了多供一回?fù)Q熱器換熱效率在一定條件下較單、雙 U換熱器換熱器有一定程度的提高，減少了鉆孔數(shù)量，節(jié)約占地面積，但也會增大流量，增加水泵功耗，故適用于鉆井成本高的地區(qū)。本文中所涉及的多