使用土壤源熱泵的熱傳遞模型，模仿剖析了在夏日運轉(zhuǎn)工況時異樣進口流體溫度下井群換熱器的換熱規(guī)則，探討了異樣進口流體溫度對換熱器換熱功能的影響，得出了異樣進口流體溫度下井群換熱器換熱量的核算辦法，為工程實踐供給了理論依據(jù)。
    【關鍵字】井群；循環(huán)流體；換熱功能；數(shù)值模仿
    中圖分類號：TK52 文獻標識碼：A
    文章編號：1671-6612（2012）02-194-04
    0·導言
    地源熱泵供暖空調(diào)的優(yōu)勢使其成為近年來國際可再生能源使用及建筑節(jié)能領域中添加最快的工業(yè)之一[1]。在曩昔的10年中，大約30個國家的地源熱泵年添加率到達了10%，它的首要長處是使用一般的地溫制冷或供暖，到達節(jié)能的意圖。當前國際裝置的地源熱泵體系的總容量和產(chǎn)熱量達9500MW和52000TJ/Y（14400WH/YR），實踐裝置地源熱泵的數(shù)量為100多萬套[2,3]，我國地源熱泵的使用固然并未排在國際的前列，可是地源熱泵在我國的開展曾經(jīng)進入我國制冷職業(yè)開展的快車道。由于地源熱泵體系的關鍵技能會集在地下?lián)Q熱器傳熱特性以及熱泵體系與埋地換熱器匹配等方面[4]，國內(nèi)外關于單U型地埋管周圍溫度場的研討做了許多任務，但實踐工程的使用僅用單井是遠遠不夠的，為了使地源熱泵體系能在實踐工程中廣泛使用，就應該研討整個井群的換熱規(guī)則，但現(xiàn)階段大家對井群間彼此攪擾的研討較少，所以井群間影響規(guī)則的研討需求亟待解決[5,6]。
    本文經(jīng)過對井群傳熱模型的模仿剖析，研討了地源熱泵地能使用中地下群井換熱量的散布規(guī)則，提出群井換熱器中各井換熱量批改系數(shù)的概念。經(jīng)過模仿異樣進口流體溫度對井群中土壤溫度場的散布影響，然后找出地能使用體系的特性和規(guī)則，并得出相應的井群換熱量批改系數(shù)，批改系數(shù)的得出為整個井群換熱量的核算供給了依據(jù)，為實踐工程供給一套核算井群換熱量的辦法。
    本文使用fluent軟件對整個井群進行三維數(shù)值模仿，在思索換熱器內(nèi)循環(huán)水活動的還，思索了U型管與回填土間的換熱、鉆孔內(nèi)與鉆孔外土壤的換熱。在單井模型的根底上，樹立三維井群換熱器的物理模型，找出異樣進口流體溫度下井群模型的換熱規(guī)則。
    1·核算模型
    豎排井群中各井的方位聯(lián)系，剖析曉得井群中存在三類井[7]，即角井，邊井和中井。
    關于沒有其它井對其換熱攪擾的井稱為“單井”。本文依據(jù)井群中各井單位井深換熱量與單井單位井深換熱量的比值k，來求得井群中各井的實踐換熱量。依據(jù)單井單位井深的換熱量公式[8]qd=cp·m·Δt/H可知，在質(zhì)量流量m一樣，既流體流速相還，這個換熱量是常數(shù)；在流體溫升不明顯時，也可將其定壓比熱cp按常數(shù)核算；井深H是個定值。則井群中三類井的換熱量批改系數(shù)k簡化為各井的進出口溫差和單井的進出口溫差之比，因而角井、邊井、中井的換熱量批改系數(shù)分別是kj=Δtj/Δtd；kb=Δtb/Δtd；kz=Δtz/Δtd。本文模仿得出了進口流體溫度異樣時，井群換熱器中三類井的換熱量和換熱量批改系數(shù)值。
               
    2·核算假定
    單井模型是井群模型的根底，對單井模型的傳熱進程作如下假定：（1）土壤導熱系數(shù)、比熱、密度等熱物性參數(shù)不隨深度和溫度改變而改變；（2）疏忽體系實踐運轉(zhuǎn)進程中由于地下水存在發(fā)作換熱表象時能夠存在的熱濕搬遷；（3）將傳熱進程看作軸中心對稱散布；（4）將體系運轉(zhuǎn)前大地溫度場看作均勻共同。
    3·核算成果及剖析
    地源熱泵任務時，埋管換熱器進口水溫隨熱泵運轉(zhuǎn)工況的改變而改變，如夏日運轉(zhuǎn)時，換熱器進口流體溫度較低，而冬天運轉(zhuǎn)時進口流體溫度較高。本模仿進程中，假定換熱器進口流體溫度穩(wěn)定不變，模仿了進口流體溫度分別為36℃、38℃和40℃三種運轉(zhuǎn)工況下，接連運轉(zhuǎn)90d時，井群換熱器中三類井的進出口溫差隨運轉(zhuǎn)工夫的改變聯(lián)系，模仿成果如圖2所示。 
                
     從上到下三組曲線依次是進口流體溫度t1分別為36℃、38℃、40℃時進出口溫差隨運轉(zhuǎn)工夫的改變曲線，每一組曲線中從上到下依次是單井進出口溫差Δtd、井群中角井進出口溫差Δtj、邊井進出口溫差Δtb和中井進出口溫差Δtz隨運轉(zhuǎn)工夫的改變聯(lián)系曲線。從圖2可以看出，異樣進水溫度工況下角井、邊井、中井和單井的進出口流體溫差值均隨運轉(zhuǎn)工夫的延伸而逐步減小。每種工況下各井的進出口溫差值在0-20d內(nèi)均是持平的，20d今后各井的溫差值開端呈現(xiàn)異樣，這說明在接連運轉(zhuǎn)20d工夫內(nèi)，井群中角井、邊井和中井的換熱量與單井的一樣，井與井之間換熱并未呈現(xiàn)彼此攪擾，而運轉(zhuǎn)20d今后，井群中各井排熱傳到了與其相鄰的另一口井，然后招致井群中各個井換熱量開端呈現(xiàn)彼此影響；從圖2還可看出，在運轉(zhuǎn)20d后，單井進出口溫差值大于井群中所有井的進出口溫差值，井群中角井流體的進出口溫差大于邊井，邊井大于中井，這與三類井在換熱器中的方位有關，由于井群中與角井嚴密相連的有2口井，與邊井嚴密相連的有3口井，與中井嚴密相連的有4口井，周圍相鄰的井越多，一樣的運轉(zhuǎn)工夫內(nèi)，其周圍的井對其換熱量發(fā)生的熱攪擾越大，批改系數(shù)就越小。進出口流體溫差的改變能夠惹起換熱量批改系數(shù)的改變，圖3、圖4、圖5分別是循環(huán)流體進口溫度t1=36℃、38℃、40℃時，角井、邊井和中井的換熱量批改系數(shù)kj、kb和kz的值隨運轉(zhuǎn)工夫的改變聯(lián)系曲線。 
      當進口流體溫度t1=36℃時，井群間的彼此影響約從第24d開端；進水溫度t1=38℃時，井群間的彼此影響約從23d開端；進水溫度t1=40℃時，井群間的彼此影響約從21d開端。這說明，異樣進水溫度下運轉(zhuǎn)一樣的工夫，進水水溫越高對各井之間呈現(xiàn)熱攪擾越早，這是由于管內(nèi)流體溫度越高，流體與管外土壤的溫差也就越大，傳熱動力也越大，U型管的換熱才能越強，在一樣的土壤物性條件下熱量傳到同一個方位所需的工夫越短，井群中各井之間換熱量的彼此影響就越快，換熱量批改系數(shù)就越小。 
     當進水溫度為36℃時井群中各井換熱量批改系數(shù)值kj、kb、kz要大于進水溫度為38℃和40℃時kj、kb、kz值，這首要是由于進水溫度越低，管內(nèi)流體與管外土壤間溫差越小，然后削弱了管子與土壤間的傳熱。圖6是熱泵運轉(zhuǎn)到第90d時，三類井單位井深的換熱量批改系數(shù)跟著進水溫度的改變曲線，三類井的換熱量批改系數(shù)隨進口流體溫度添加逐步減小。從圖6中可以查出在運轉(zhuǎn)第90d時，進口流體溫度在36℃～40℃范圍內(nèi)的各井換熱量批改系數(shù)。
               
    4·定論
    經(jīng)過本文的模仿剖析，可以得知異樣進口溫度下井群中三類井的換熱量批改系數(shù)，經(jīng)過圖3、圖4、圖5可以查得這三種進水溫度下井群中各井的換熱量批改系數(shù)，也可以經(jīng)過擬合曲線得到0-90d內(nèi)恣意時辰36℃～40℃進水溫度的各井換熱量批改系數(shù)。依據(jù)以上得出的換熱量的批改系數(shù)乘以單井單位井深的換熱量就可以得到三類井的換熱量，再依據(jù)工程實踐中井群中各類井的數(shù)量就可以得到整個井群換熱器的換熱量。
參考文獻：
[1]李元普,柳春風.中國地源熱泵工業(yè)迎來第二次開展高潮[J].中國建立信息供熱制冷,2008,(11):22-25.
[2]徐偉.地源熱泵開展研討報告[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.
[3]關鋅.我國地源熱泵開發(fā)使用遠景[J].中國科技信息,2010,(21):21-22,32.
[4]高青,李明,閆燕.群井地下?lián)Q熱體系初溫文結構要素影響傳熱的研討[J].熱科學與技能,2005,4(1):34-40.
[5]高青,李明,閆燕.地下群井換熱強化與運轉(zhuǎn)形式影響規(guī)則[J].太陽能學報,2006,27(1):83-89.
[6]丁勇,李百戰(zhàn),盧軍,等.地源熱泵體系地下埋管換熱器描繪（2）[J].暖通空調(diào),2005,35(11):76-79.
[7]張丹.U型地埋管換熱器的井群換熱研討[D].成都:西南交通大學,2010.
[8]孔瓏.工程流體力學（第三版）[M].北京:中國電力教育出版社,1990. 

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