豎直單U型地埋管換熱器熱短路現(xiàn)象研究與分析.pdf

1、當今世界，能源短缺和環(huán)境污染已成為制約全球可持續(xù)發(fā)展的重要問題之一。以可再生地熱源為能源的地源熱泵技術，受到了國內(nèi)外政府、高校和研究機構的高度關注，并且展開了大量的理論研究和實際工程的應用。
　　地埋管換熱器設計不僅是地源熱泵研究的重點，也是地源熱泵空調系統(tǒng)的應用基礎和理論核心。如何在狹窄的鉆孔內(nèi)減少熱短路的影響并且提高換熱器的性能，研究抑制熱短路的措施就顯得尤為重要。
　　本文從換熱器傳熱模型和管內(nèi)循環(huán)流體的湍流模型兩個方

2、面對地埋管傳熱模型進行介紹，為研究地埋管換熱器做了理論準備。介紹了數(shù)值模擬相關CFD軟件，利用Gambit軟件建立地埋管換熱器三維模型，用Fluent進行數(shù)值仿真模擬。通過對影響地埋管換熱器熱短路現(xiàn)象的三個因素:循環(huán)流體的速度、埋管深度和運行時間分別進行模擬，通過對比循環(huán)流體出口水溫、不同深處的換熱器溫度分布云圖和近出口溫差以及單位井深換熱量對熱短路現(xiàn)象進行分析和研究。得出如下結論:管內(nèi)流速推薦值為0.6 m/s，埋管深度在80 m最佳

3、，采取縮短機組連續(xù)運行的時間或者間歇運行的策略更加合理。
　　在研究不同因素對換熱器的影響時，發(fā)現(xiàn)兩支管間必然發(fā)生熱短路現(xiàn)象，而且越靠近地表現(xiàn)象越嚴重。本文研究了抑制地埋管熱短路現(xiàn)象的兩種措施，即在垂直于兩支管間中心線處添加一定深度和厚度的隔熱板或在回水管敷設不同深度和厚度的保溫材料。通過比較添加不同深度隔熱板、不同深度保溫層和不同保溫層厚度三種情況，對熱短路現(xiàn)象進行定性研究，并通過對出水溫度和單位井深換熱量對換熱器熱短路現(xiàn)象和換

4、熱器性能進行定量分析。
　　當未添加任何抑制措施即換熱器正常換熱時，循環(huán)流體出水溫度為304.44 K，單位井深換熱量為56.1 W/m:當采取添加隔熱板抑制措施時，最佳工況點隔熱板深度為40 m時，出口溫度最低為304.35 K，單位井深換熱量最高為57.5 W/m;當采取敷設一定深度和厚度保溫層時，最佳工況點為敷設10m深保溫層厚度為4 mm，出口溫度最低為304.16 K，單位井深換熱量為60.5 W/m。通過比較單位井深換