桩基并联双螺旋型埋管换热器传热特性的数值仿真

发布时间：2019-11-24 15:52

【摘要】：摸清桩基并联双螺旋型埋管换热器的传热特性是进行合理设计、确保其高效运行的前提。建立了包含回水立管在内的桩基并联双螺旋型埋管换热器三维动态传热的仿真模型,利用其对现场实验的仿真复现及实心圆柱源热源模型解析解的对比验证了模拟结果的正确性。对桩身和土壤温度的模拟结果进行了分析,给出了沿管程、桩基内部以及周围土壤的温度分布。对连续和3种间歇运行模式下桩基并联双螺旋型埋管换热器的运行情况进行了仿真,揭示了其出口水温和单位管长放热量等性能参数的动态变化规律以及桩壁和周围土壤温度沿桩深和桩径方向的分布特征,提出了桩壁温度恢复百分比指标,定量评价了其在间歇运行模式下的温度恢复程度。表明了运停比越小,桩壁温度恢复程度越显著,但随着间歇运行周期的增加,每一间歇期的温度恢复程度呈现下降趋势。
【图文】：

化工学报第68卷·2732·图1数值仿真所涉及的桩基并联螺旋型埋管及其周围土壤计算区域的几何尺寸Fig.1Simulationdomainincludingdoublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundationwithsoilsurrounding(a)layoutofinletandoutletpipesinpile-foundation;(b)doublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundation;(c)profileofcalculateddomain图23-D仿真区域及桩基内部网格划分情况Fig.2Gridsgeneratedincalculationdomain外土壤区采用非结构化六面体/契形网格（Hex/Wedge）中cooper类型和非结构四面体网格（TetPrimitive）进行划分，采用Sizefunction控制网格由密到疏变化，保证网格质量，网格结构如图2所示，网格数达482.4万。对控制方程离散化之后采用低Reynolds数法进行管内紊流换热和管外导热问题的数值计算。1.3边界条件设置三维数值仿真时边界条件设定情况见表1。表1边界条件的设定Table1BoundaryconditionssetforsimulationBoundaryConditionSizeinletventvelocityinlet0.23m·s1outletventoutflow－topofbackfilladiabatic－bottomofbackfillcoupling－soilsurroundingfirstboundarycondition291.89Ktopandbottomofsoilfirstboundarycondition291.89K2数值仿真结果验证2.1与实测结果的对比为了验证数值解的准确性，对江苏某工程现场一17m深的桩基并联双螺旋型埋管在冬季排热工况下连续运行20h的传热实验进行了数值仿真。计算区域中各介质的相关物性参数依据现场实测值设定，见表2。螺旋管进口的水流速度根据实测流量折算值设定，进口水温依照实测值的逐时拟合曲线来设定。土壤的初始温度依据实测数据设为18.74℃。模拟结果与实测值对比如图3所示。表2计算区域中各物质的物性参数设定Table2Physica

化工学报第68卷·2732·图1数值仿真所涉及的桩基并联螺旋型埋管及其周围土壤计算区域的几何尺寸Fig.1Simulationdomainincludingdoublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundationwithsoilsurrounding(a)layoutofinletandoutletpipesinpile-foundation;(b)doublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundation;(c)profileofcalculateddomain图23-D仿真区域及桩基内部网格划分情况Fig.2Gridsgeneratedincalculationdomain外土壤区采用非结构化六面体/契形网格（Hex/Wedge）中cooper类型和非结构四面体网格（TetPrimitive）进行划分，采用Sizefunction控制网格由密到疏变化，保证网格质量，网格结构如图2所示，网格数达482.4万。对控制方程离散化之后采用低Reynolds数法进行管内紊流换热和管外导热问题的数值计算。1.3边界条件设置三维数值仿真时边界条件设定情况见表1。表1边界条件的设定Table1BoundaryconditionssetforsimulationBoundaryConditionSizeinletventvelocityinlet0.23m·s1outletventoutflow－topofbackfilladiabatic－bottomofbackfillcoupling－soilsurroundingfirstboundarycondition291.89Ktopandbottomofsoilfirstboundarycondition291.89K2数值仿真结果验证2.1与实测结果的对比为了验证数值解的准确性，对江苏某工程现场一17m深的桩基并联双螺旋型埋管在冬季排热工况下连续运行20h的传热实验进行了数值仿真。计算区域中各介质的相关物性参数依据现场实测值设定，见表2。螺旋管进口的水流速度根据实测流量折算值设定，进口水温依照实测值的逐时拟合曲线来设定。土壤的初始温度依据实测数据设为18.74℃。模拟结果与实测值对比如图3所示。表2计算区域中各物质的物性参数设定Table2Physica

【参考文献】

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