垂直雙U型埋管換熱器換熱性能研究.pdf

1、隨生產(chǎn)力水平的提高和人民生活資料的豐富，人們在享受著物質(zhì)資料飛速發(fā)展帶來的更為優(yōu)越生活的同時(shí)，能源不足的矛盾也越來越尖銳化。地源熱泵系統(tǒng)作為利用淺層地表儲存的地?zé)豳Y源來對人居環(huán)境進(jìn)行供熱、供冷的新型綠色節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)，受到了國內(nèi)外的政府、專家、設(shè)備制造商等廣泛人群的關(guān)注及推廣。
　　 對地源熱泵系統(tǒng)關(guān)鍵在于其埋地管換熱器，其換熱性能將直接影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行和工作效率。目前，國內(nèi)對土壤源熱泵的研究主要通過對地下?lián)Q熱器用性能實(shí)驗(yàn)

2、和數(shù)值模擬的方式來了解和模擬地下單U型埋管換熱器的換熱能力和換熱機(jī)理并由此進(jìn)行影響換熱器換熱的因素的分析。換熱器換熱性能與埋管方式、土壤溫度場分布、土壤導(dǎo)熱物性等情況有關(guān)，雙U型埋地管作為傳統(tǒng)垂直單孔單U型地源熱泵系統(tǒng)的變型和發(fā)展嘗試，理論和研究和在工程實(shí)際應(yīng)用上較單U型滯后，且由于沒有大量的數(shù)據(jù)和實(shí)例的支撐雙U型埋地管換熱器在推廣應(yīng)用方面并不普遍。且因換熱系統(tǒng)的復(fù)雜性，國內(nèi)各地區(qū)氣候差異過大，所得的可參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參考范圍過大，設(shè)計(jì)中

3、的上下限選取不明。綜上所述，對地源熱泵雙U型埋管換熱器的換熱情況缺乏相對應(yīng)的基礎(chǔ)資料，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)不成熟，雙U型地源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用存在諸多問題亟待解決。
　　 本文主要研究垂直單孔雙U型埋地管換熱器的換熱機(jī)理和換熱能力，對位于夏熱冬冷地區(qū)的一套垂直單孔雙U型地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了夏、冬季連續(xù)工況測試，實(shí)時(shí)采集雙U型管的進(jìn)、出口的水溫、流量等數(shù)據(jù)。通過對所采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以單位井深熱流qh為標(biāo)準(zhǔn)，對埋地管換熱器進(jìn)、出口溫

4、差及單位井深換熱量進(jìn)行分析，得出不同工況下雙U型埋管的換熱效果。再利用fluent等軟件建立與實(shí)驗(yàn)相似的模擬模型，利用CFD計(jì)算傳熱效果并進(jìn)行簡單理論分析。
　　 本文通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，研究了單孔雙U型埋管換熱器的周圍溫度場分布規(guī)律及埋管換熱特性，主要研究結(jié)果如下:(1)據(jù)傳熱原理建立垂直單孔雙U型埋管的三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，提出了相應(yīng)的數(shù)值求解的方法;(2)在理論分析基礎(chǔ)上搭建了實(shí)驗(yàn)臺，對夏熱冬冷地區(qū)原始地溫的情況進(jìn)行分

5、析，并設(shè)計(jì)不同工況對雙U管換熱器在實(shí)際的工程運(yùn)行時(shí)的地溫場的溫度變化進(jìn)行分析研究;(3)模擬不同回填材料、循環(huán)液入口流量、溫度對換熱器換熱特性的影響情況。經(jīng)實(shí)驗(yàn)、模擬結(jié)果研究表明，當(dāng)單管流量不變時(shí)，對于夏熱冬冷地區(qū)在夏季工況下雙U型埋地管換熱器的qh為單U型的1.5～1.7倍。夏熱冬冷地區(qū)，據(jù)實(shí)測結(jié)果，雙U管在冬、夏季的qh均大于60W/m。單管流量達(dá)1.6m3/h時(shí)，長時(shí)運(yùn)行的qh可達(dá)到100W/m，而流量為0.9m3/h，雙U型埋地