中深层套管式埋管换热器逆向传热现象的研究

发布时间：2024-05-25 08:02

　　中深层地埋管换热器取热过程中,在浅层埋管区可能存在循环液向岩土传热的逆向传热现象,对其开展研究将为提高中深层地埋管地源热泵工程系统能效提供指导。文章利用数值传热模型分析了取热时间、循环液进口温度与流量以及大地热流等参数对逆向传热深度和埋管取热损耗率的影响,讨论了在逆向传热区设置保温层对换热性能的影响。结果表明:为保持地埋管换热器达到最大取热量,建议进口温度选为10℃,即等于地表环境温度;地埋管总取热量随着大地热流以及循环液流量的增加而增加,对应的逆向传热深度和取热损耗率则逐渐降低;根据模拟结果,给出了适用于工程设计的逆向传热深度拟合计算公式,经验证其具有较高的拟合相关性。

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【部分图文】：

图1套管式换热器结构图及数值传热物理模型图

数值传热物理模型如图1(b)所示,其中i、j分别为半径和深度方向节点;Tf1和Tf2分别为进水和出水水温,℃;r为岩土层径向位置,m;z为钻孔深度方向的轴向坐标,m;Ta为地表以上的空气温度,℃;ha为地表表面对流传热系数,W/(m2·K);Hb为数值计算区域底部边界深度,m....

图2地埋管周围岩土层温度分布云图

根据上述数学模型可以计算出埋管周围岩土体在不同时刻、不同位置的温度响应。地埋管未取热前,岩土体初始温度分布云图和系统运行两个供暖季后地埋管周围岩土温度分布如图2所示。可以看到,距离埋管越近,岩土温度变化越大,但沿着半径方向最终趋于平稳,接近于岩土初始温度。如图2(b)所示,在浅层....

图3流体及岩土温度沿深度方向变化趋势图

取热时长为两个供暖季,流体温度以及不同半径处岩土温度在深度方向的变化曲线如图3所示。通过流体温度及周边岩土体在纵向的变化曲线,可以明显地发现,浅层埋管区存在由流体向岩土传热的现象。以文章选取案例的计算结果分析可知,此时逆向传热区域的深度高达326.5m。2.2中深层地埋管换热....

图4逆向传热深度随时间的变化趋势图

地埋管持续取热时间是影响地埋管换热器可持续运行及换热性能的一个重要参数。利用数值模型计算得到了第1、2、5个供暖季内逆向传热深度随时间的变化趋势,结果如图4所示。在供暖季的初始阶段,逆向传热深度随取热时间迅速减小,400h以后基本趋于平稳达到准稳定状态。除此之外还可以发现,运行....

本文编号：3981904