地下水渗流方向对单U型埋管换热器换热特性影响的数值研究

发布时间：2019-11-13 04:31

【摘要】：能源是经济社会发展的物质基础，人类的生存和社会的发展都离不开能源。世界各国经济快速发展和人们生活水平逐步提高的同时，能源紧缺问题日益突显。因此能源的可持续发展成为了社会关注的焦点。埋管式地源热泵作为一种高效的可再生能源利用技术，以其在节约能源和环境可持续发展等方面的优势近年来倍受青睐，对其研究和应用也不断增多。随着计算机技术的不断发展，数值模拟方法已经成为研究埋管式地源热泵系统的重要手段。很多学者在对埋管式地源热泵系统进行模拟的时候，为了简化模型都忽略了地下水渗流这个影响因素，然而地下水渗流是真实存在的，将其忽略会影响对于实际系统的运行评估。通过现有的对地下水渗流的研究可以发现，地下水渗流能增强地埋管换热器的换热效率，进而提高埋管式地源热泵机组的运行效率，对于埋管式地源热泵系统的运行是一个有利的条件。但是现有针对不同的地下水渗流方向对系统换热效率以及对其周围岩土体温度场影响的研究很少，因此本文通过研究不同地下水渗流方向对埋管式地源热泵系统的影响程度来探究现有研究中存在的问题，为工程设计提供一定的参考。本文首先针对从供水支管到回水支管、从回水支管到供水支管以及垂直于供回水支管轴线三种地下水渗流方向进行讨论，运用FLUENT流体计算软件模拟了不同的地下水渗流方向对埋管式地源热泵系统U型地埋管进出口温差以及对周围岩土体温度场的影响，并对模拟结果进行了对比分析。其次为了进一步研究不同渗流方向对U型地埋管进出口温差的影响，又针对地下水渗流方向与地埋管供回水支管中心连线的夹角(渗流方向角)为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的情况进行数值模拟，并对模拟结果进行了分析。研究结果表明：U型地埋管的供回水温差并不完全是随着渗流速度的增大而一直增大，而是与渗流方向有着直接的关系；同时最佳渗流速度并不是一个定值，而是会随着渗流方向角的变化而变化；不同方向的地下水渗流对U型地埋管的热作用半径的影响程度也是不同的，可见地下水渗流方向是一个影响埋管式地源热泵系统运行的重要因素。同时本文揭示了现有的数值研究中使用等效管替代法存在的不足，并且进一步阐明地下水渗流对系统换热效率的影响，也为实际工程提供了一定的参考。
【图文】：

原理图,埋管,原理图,循环介质

图 1-1 埋管式地源热泵系统工作原理图Fig.1-1 The schematic diagram of ground source heat pump system可以为建筑物供暖也可以为其供冷。冬季制热工况下，，水流开开关 1、4、6、7 关闭，对于地下的低温地能，需要通过压缩管中的水从岩土体中吸收热量，之后与循环介质在蒸发器中升高，高温的循环介质再与末端用户中的水在冷凝器中进行达到为用户供暖的目的。夏季制冷工况可通过开启水流开关 2、3、5、8 来实现。埋管式地源热泵技术的研究现状究现状，胡平放、於仲义等人对夏热冬冷地区某埋管式地源热泵系统

示意图,几何模型,U型,示意图

太原理工大学硕士研究生学位论文何模型包括 U 型管内的流体、U 型管、钻孔以及周管和回水管之间的间距很小，一般只有 100mm 左互影响，因此在很多对于埋管式地源热泵系统的数般的简化方法是将供水管和回水管这两根管用一根型地埋管直径的倍。但是本文没有采用这样的简现在几何模型中。 32mm、内径 26mm 的高密度聚乙烯管(HDPE)，埋；管内流体为水，流速为 0.15m/s；钻孔深度 71m，长 4.5m、宽 4.5m、高 71m 的长方体，以便设置渗流及在 Gambit 中建立的模型如图 3-1 和图 3-2 所示。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU831;P641.2

【参考文献】