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U型管地埋换热器冬季传热性能的数值模拟与分析

李云  
【摘要】: 地源热泵系统由于其高效、节能、环保的特性,近年来日益得到人们广泛的重视,而应用和推广地源热泵的关键技术之一是解决地埋管与土壤之间的传热问题,因此完善地下换热埋管的传热模型,使其能够更好的模拟地下换热埋管的真实传热过程具有重要的意义。本文主要结合烟台烟大铁路轮渡地源热泵科研项目,用GAMBIT软件建立数学模型,用FLUENT软件进行三维传热和流动计算。本文所建的数学模型中,U型管的几何尺寸、管内流动、传热状况与实际几何、物理条件完全相符,这与以前研究者将U型管两管腿等效为柱热源的数学模型相比,在几何和物理条件上都有所改进。 本文研究的目的和意义是辅助热泵的工程设计,因此本文的研究重点是地埋U型管周围土壤温度场、传热量和其他一些影响换热的因素的研究。首先本文模拟了地源热泵连续运行3个月的U型管与土壤传热的工况,得到了U型管的周围三维方向上温度分布特点,获得了热泵连续运行92天U型管热流量和热作用半径随时间变化的数据和趋势,并模拟了地源热泵三天的间歇运行工况,得出了热流量和土壤温度随时间波动的变化规律。 其次,本文通过对不同的进口流速、进口温度、埋管深度、U型管内径和管材、回填材料、竖井直径和管腿中心距时的热流量计算,得到了大量的有助于地源热泵工程设计的数据和规律,并提出了一些工程上的建议。比如:热流量随流速的增加而增大,热流量对流速的变化率随流速的不断增大而逐渐减小,考虑到流动的压力损失随流速增加而大幅度增大,建议冬季管内流速为0.4-0.6m/s等。


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