使用土壤源熱泵的熱傳遞模型，模仿剖析了在夏日運轉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。
【關鍵字】井群；循環(huán)流體；換熱功能；數值模仿
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熱量達9500MW和52000TJ/Y（14400WH/YR），實踐裝置地源熱泵的數量為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換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的概念。經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，批改系數的得出為整個井群換熱量的核算供給了依據，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值模仿，在思索換熱器內循環(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。依據單井單位井深的換熱量公式[8]qd=cp·m·Δt/H可知，在質量流量m一樣，既流體流速相還，這個換熱量是常數；在流體溫升不明顯時，也可將其定壓比熱cp按常數核算；井深H是個定值。則井群中三類井的換熱量批改系數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、比熱、密度等熱物性參數不隨深度和溫度改變而改變；（2）疏忽體系實踐運轉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工況的改變而改變，如夏日運轉時，換熱器進口流體溫度較低，而冬天運轉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℃三種運轉工況下，接連運轉90d時，井群換熱器中三類井的進出口溫差隨運轉工夫的改變聯系，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隨運轉工夫的改變聯系曲線。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內均是持平的，20d今后各井的溫差值開端呈現異樣，這說明在接連運轉20d工夫內，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彼此攪擾，而運轉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彼此影響；從圖2還可看出，在運轉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，一樣的運轉工夫內，其周圍的井對其換熱量發(fā)生的熱攪擾越大，批改系數就越小。進出口流體溫差的改變能夠惹起換熱量批改系數的改變，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kj、kb和kz的值隨運轉工夫的改變聯系曲線。
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一樣的工夫，進水水溫越高對各井之間呈現熱攪擾越早，這是由于管內流體溫度越高，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，換熱量批改系數就越小。
當進水溫度為36℃時井群中各井換熱量批改系數值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是熱泵運轉到第90d時，三類井單位井深的換熱量批改系數跟著進水溫度的改變曲線，三類井的換熱量批改系數隨進口流體溫度添加逐步減小。從圖6中可以查出在運轉第90d時，進口流體溫度在36℃～40℃范圍內的各井換熱量批改系數。
4·定論
經過本文的模仿剖析，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，經過圖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，也可以經過擬合曲線得到0-90d內恣意時辰36℃～40℃進水溫度的各井換熱量批改系數。依據以上得出的換熱量的批改系數乘以單井單位井深的換熱量就可以得到三類井的換熱量，再依據工程實踐中井群中各類井的數量就可以得到整個井群換熱器的換熱量。
參考文獻：
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[4]高青,李明,閆燕.群井地下換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.
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[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,2005,35(11):76-79.
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[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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