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埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究

宋著坤  
【摘要】: 运用多孔介质传热传质理论,通过在相同热负荷下对含水层与粘土层土壤温度场与热作用半径等参数比较分析,研究了地下水流动(不同热物性和地下水流速)对埋地换热器与周围土壤换热过程的影响,提出了针对地下含水层丰富地区井群布置的新方式。 埋地换热器换热能力是地源热泵系统设计的重要指标。引入单井测试技术,并通过对北京某地源热泵工程实验数据进行分析,推算出当地冬夏两季的单井取/排热量,为工程设计提供了依据;在圆柱热源模型的基础上,提出了用于估算土壤导热系数的改进方法(参数估计法)。实验结果表明,该方法较已有的线热源法更加准确。 在上述研究基础上,围绕埋地换热器与周围土壤的换热过程,考虑沿深度方向土壤层之间热物性的不同以及地下水流动等因素,建立了垂直U型埋地换热器三维非稳态数值传热模型。针对上述单井测试实验进行求解,计算了埋管进出口温度和有效传热系数随测试时间的变化情况,并与实测值进行了对比。另外,还分析了不同回填材料热物性、管内流体流速、排/取热量、进口温度等工况对埋地换热器换热能力的影响。


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