熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器埋管模型理論

時(shí)間：2009-8-22閱讀：1288

  土壤源熱泵地下埋管換熱器的傳熱過程分析,是土壤源熱泵性能分析和技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié),正確的換熱計(jì)算方法是合理地設(shè)計(jì)土壤源熱泵系統(tǒng)、順利投產(chǎn)運(yùn)行和管理的重要科學(xué)依據(jù)。模擬埋地?fù)Q熱器的傳熱過程主要是模擬地下埋管及其鄰域的土壤溫度場。土壤源熱泵中地下水平埋管是淺埋構(gòu)筑物,管道的傳熱過程及土壤溫度易受到各地區(qū)氣候等因素的影響。
    模型的建立與求解
    土壤源熱泵研究的許多技術(shù)問題要求對地下埋管的溫度場和熱流密度進(jìn)行比較的分析,特別是地下埋管及其土壤鄰域。例如,研究地下埋管準(zhǔn)靜態(tài)熱力損傷;分析埋設(shè) 區(qū)土壤的凍融狀態(tài)和土壤的熱物性變化;利用實(shí)測管道斷面 zui大溫差反演土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)的演變等問題。因此,從較的多層復(fù)連通域出發(fā),導(dǎo)出解析形式的溫度場有較大意義。土壤源熱泵地下水平埋管穩(wěn)態(tài)熱力計(jì)算的理論模型在其橫剖面上應(yīng)當(dāng)是平面多層區(qū)域內(nèi)的熱傳導(dǎo)問題,該傳熱過程是邊界條件較為復(fù)雜的二維傳熱問題。由于水平埋管埋深較淺,該模型與其他分析解模型的區(qū)別在于充分考慮了大氣溫度對換熱管周圍土壤溫度場的影響。
    土壤中埋管受土壤溫度、大氣溫度的影響,管內(nèi)流體的能量通過管壁與周圍的土壤進(jìn)行熱交換。由于地下埋管管內(nèi)流體與管道內(nèi)壁的換熱熱阻較小,在計(jì)算中可以近似地加以忽略,地下埋管內(nèi)表面溫度可近似認(rèn)為常數(shù),即為管內(nèi)流體溫度。但由于地下埋管的材質(zhì)的傳熱系數(shù)較小,管壁內(nèi)沿徑向存在溫度梯度,地下埋管的外表面溫度已不為常數(shù),地下埋管內(nèi)的導(dǎo)熱問題不應(yīng)為簡單的一維傳熱問題而是二維導(dǎo)熱問題。大地表面溫度由于受到埋設(shè)的地下埋管的影響, 存在較大溫度梯度。土壤溫度必然隨著與地下埋管的相對位置而不同。
    事實(shí)上,土壤源熱泵地下埋管的傳熱過程非常復(fù)雜,存在很多的影響因素,如:由于水平埋管屬于淺埋,必然受到大氣晝夜和季節(jié)的溫度波動(dòng),地層本身熱流所產(chǎn)生的熱流場等影響。為了抓住水平埋管及其周圍土壤溫度場計(jì)算中的主要因素,可以忽略一些模型中的非決定性的因素,因此文中在計(jì)算中對模型作了如下的假設(shè):
    （1）　對垂直于管道軸向方向的截面進(jìn)行分析;在短距離內(nèi)忽略土壤源熱泵地下埋管內(nèi)介質(zhì)溫度軸向溫降,管內(nèi)介質(zhì)溫度為定值。
    （2）　土壤是均勻的,地下埋管的管壁材質(zhì)常物性、各向同性。
    （3）　忽略地下埋管內(nèi)表面與管內(nèi)介質(zhì)的換熱熱阻,管內(nèi)介質(zhì)溫度與地下埋管內(nèi)表面溫度相等。
    （4）　計(jì)算中的大氣溫度取當(dāng)?shù)厥彝獾挠?jì)算平均溫度。
    （5）　忽略由于土壤中水分遷移而引起的熱遷移。
    （6）　回填土不論壓實(shí)程度,土質(zhì)等均為勻質(zhì)大地的一部分。
    （7）　土壤的傳熱過程軸中心對稱分布。

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