地源热泵U型埋管换热影响因素的数值模拟与分析

 摘要:用GAMBIT软件建立了单U形管换热器与周围土壤换热的物理模型并进行了网格划分,用FLUENT进行了
数值计算,分析土壤的导热性能、回填材料的导热性能、换热器进口水温及流速大小、钻井深度、管
腿中心距和换热器管材等因素对换热器性能的影响,得出了一些对工程实践有用的结论。
关键词:地源热泵;U形换热器;影响因素;数值模拟
中图分类号:TQ051.5文献标识码:A
1前言
地下埋管换热器的性能是影响地埋管地源热泵系统初投资的一个最重要因素,因此,尽量提高地下埋管换
热器的换热性能,减小钻孔内热阻,最终减少钻井深度和数量是我们努力的重要目标[1~4]。钻孔内的热阻受众
多因素的制约,包括土壤的导热性能、回填材料的导热性能、换热器进口水温及流速大小、钻井深度、管腿中
心距和换热器管材。单个钻孔内的热阻越大,换热器内流体与土壤的热交换就越少,就需要更长的换热器长度,
因此要尽量增加单位管长换热量、减少钻孔热阻。
地埋管换热器有很多形式可供选择,也有各种各样的形式已经投入使用,最常见且使用最多的是以下几种形式:
单U形、双U形、套管式。部分研究者对它们的换热问题进行了模拟研究,但物理模型的建立大都采用等效管法
的形式,即将有两根支管的U性管简化为一根等效管[5~8]。本文主要对单U形换热器的换热过程影响因素进
行分析,使用GAMBIT软件来建立U形管与周围土壤换热的几何模型,使用大型CFD商业软件FLU-ENT来进行换
热数值计算。并且建立的是与实际换热器形状完全一致的物理模型,比等效管法近似处理物理模型更符合实际。
在与实际U形管形状相同的模型基础上计算三维传热和流动,可以准确地反映各种因素对换热的影响。