垂直地埋管模擬

1、垂直地埋管模擬天津大學(xué)陳薩如拉雙U管動(dòng)態(tài)模擬實(shí)測(cè)實(shí)際模型：此次的模擬雙U管動(dòng)態(tài)模擬實(shí)測(cè)實(shí)際測(cè)量：（1）溫度傳感器：鉑電阻溫度傳感器，根據(jù)在測(cè)試前對(duì)溫度傳感器的標(biāo)定與校正， 測(cè)試進(jìn)出口溫度的傳感器誤差不大于0.15；測(cè)試土壤原始溫度的傳感器精度為0.01。（2）流量計(jì)：智能電磁流量計(jì)，測(cè)量誤差小于0.1%，最佳流速范圍0.30.6m/s 因此，此測(cè)試取雙u埋管并聯(lián)流速為0.3m/s，串聯(lián)流速為0.6m/s。（3）模擬夏天空調(diào)制冷試驗(yàn)，測(cè)量地埋管換熱器的散熱能力（冬天制熱情況由數(shù)據(jù)分析得出）。（4）對(duì)試驗(yàn)臺(tái)到地埋管換熱管的連接管采用壁厚20mm的橡塑保溫材料進(jìn)行保溫雙U管動(dòng)態(tài)模擬實(shí)測(cè)土壤原始溫度測(cè)

2、量：鉑電阻溫度傳感器、每5m一個(gè)測(cè)試梯度，精確度0.01雙U管動(dòng)態(tài)模擬模型模型假設(shè)：（1）水平管連接管很短，且采取了保溫措施，因此其熱損失可忽略不計(jì)（2）忽略u(píng)管壁與回填材料、回填材料與土壤接觸熱阻（3）在傳熱過(guò)程中各層土壤熱物性參數(shù)均勻保持不變（4）由于 U 型地埋管底部彎管相對(duì)于整個(gè)地埋管換熱器而言很小，所以忽略其底部彎管換熱（5）認(rèn)為埋管所處區(qū)域同一深度處大地初始溫度一致；地埋管換熱器周?chē)鶠闊o(wú)限大空間；不考慮地面換熱；不考慮輻射換熱影響；忽略地下水相變，流體與固體瞬間達(dá)到局部熱平衡（6）地埋管、土壤、循環(huán)液的熱物性參數(shù)保持不變雙U管動(dòng)態(tài)模擬幾何模型（1）按每5m一個(gè)測(cè)試梯度，把土壤由淺

3、至深分22層，分別為 05m、510m、 100105m 、105110m。（2）按地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范GB50366-2005，滿(mǎn)足換熱需求鉆孔 間距宜為36m，實(shí)際工程一般為56m，因此模型土壤半徑取2.5m， 孔直徑150mm、進(jìn)出水管中心間距為70mm（3）埋管換熱器的彎管部分與有效換熱土壤分開(kāi)，這樣不僅能提高網(wǎng)格質(zhì)量、 減少網(wǎng)格數(shù)量，且在雙u管網(wǎng)格疊加區(qū)和管群中效果更加明顯雙U管動(dòng)態(tài)模擬幾何模型土壤填料埋管雙U管動(dòng)態(tài)模擬網(wǎng)格劃分（1）在軸向方向以 1m 間距布置疏松網(wǎng)格，在水平方向上對(duì) 地埋管周?chē)W(wǎng)格進(jìn)行加密處理，而土壤網(wǎng)格進(jìn)行疏松處理（2）total mesh nodes 為2

4、88338、total mesh elements 為281584雙U管動(dòng)態(tài)模擬網(wǎng)格劃分雙U管動(dòng)態(tài)模擬網(wǎng)格劃分雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算邊界條件設(shè)置：（1）根據(jù)土壤初始溫度，進(jìn)行udf編程，圖為土壤附初始溫度290.5291291.5292292.5293293.52940102030405060708090100110120土壤溫度K井深度土壤初始溫度udf部分編程雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算邊界條件設(shè)置：（2）埋管進(jìn)出口設(shè)置：進(jìn)口velocity inlet 、速度0.5m/s，湍流求解法需要的參數(shù)選為湍流強(qiáng)度（默認(rèn)值）和水力直徑（26mm），進(jìn)口溫度設(shè)置為定值308K；出口壓力出口，湍流求解法與上

5、同雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算邊界條件設(shè)置：（3）埋管進(jìn)出口設(shè)置：地埋管換熱器中回填料及土壤的下表面設(shè)置為固定壁面，相應(yīng)溫度根據(jù)地下 110m 處的地溫實(shí)測(cè)值設(shè)定；土壤遠(yuǎn)邊界面設(shè)置為固定壁面，相應(yīng)溫度根據(jù)不同深度地溫實(shí)測(cè)值分層設(shè)置回填料土壤地表設(shè)置為固定壁面，采用第二類(lèi)邊界條件，邊界面周?chē)諝鉁囟炔捎蒙虾Ｊ械湫蜌庀竽甑氖彝庵饡r(shí)干球溫度；邊界面與空氣之間的對(duì)流換熱系數(shù)根據(jù)式 = 5.8 + 3.7計(jì)算，v 為典型氣象年的平均流速；U 型管管壁及鉆孔壁均設(shè)置為固定壁面，邊界條件設(shè)置為“Coupled”耦合傳熱，U 型管管壁厚度設(shè)為 3mm，鉆孔壁厚度設(shè)為 0mm雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算 上海市典型氣象年的

6、9.5-9.6號(hào)48小時(shí)的室外逐時(shí)干球溫度及傳熱系數(shù)的udf編程雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算計(jì)算結(jié)果：出口溫度實(shí)驗(yàn)值模擬值實(shí)驗(yàn)值與模擬值溫度變化趨勢(shì)相同；實(shí)驗(yàn)值進(jìn)出口溫差5左右，模擬進(jìn)出口溫差3.55.5雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算計(jì)算結(jié)果： 下圖為土壤軸向方向的溫度分布圖(溫度分布于邊界條件設(shè)置相符)局部放大局部放大雙U管動(dòng)態(tài)模擬模擬計(jì)算 下圖依次為5m、50m和100m深的土壤溫度分布圖 下圖為運(yùn)行48小時(shí)后的換熱量模擬條件下的48小時(shí)的換熱量為6069.6W,實(shí)驗(yàn)值為63806930W，模擬值小于實(shí)驗(yàn)值得原因是模擬設(shè)置的流體流速為0.5m/s繼續(xù)優(yōu)化邊界條件、初始條件及材料的物性參數(shù)PowerPoin