路面下水平地埋管热响应试验与数值模拟研究

摘要

近年来,水平式地埋管换热器尤其是路面下水平式地埋管换热器逐步受到国内外学者关注.路面下水平式地埋管换热器利用道路路基施工便利进行安装,可有效节约地埋管换热器前期安装中的钻孔或开挖沟槽费用,且公路作为城镇基础设施,仅中国每年新增公路里程就达100000 km以上,因此该方案应用潜力较大.为了探究路面下水平地埋管换热器的热扩散半径以及气温对其换热能力的影响,本文采用GeoCube热响应试验测试仪,对路面下埋深0.5 m的水平串联式地埋管换热器进行了两次加热功率分别为4 kW和6 kW的现场常规热响应试验,并基于4 kW热响应试验参数利用COMSOL软件建立了路面下水平串联式地埋管换热器3D数值模型.研究结果表明:气温波动对路面下地埋管换热器换热能力有显著不利影响.在热响应试验中,该影响会随着加热功率的增大而减小.路面下水平串联式地埋管换热器热扩散半径确定为小于0.75 m,建议地埋管安装间距大于1.5 m以防止热干扰.所建数值模型模拟精度良好,可用于路面下水平串联式地埋管换热器换热过程模拟.