基于稳态传热的垂直U型埋管换热特性的研究

摘要

基于能量平衡法建立了垂直U型埋管的稳态传热模型,模型考虑了流体温度的沿程变化,并通过引入热干扰角与等效传热间距来反映两管脚间的热干扰问题,使之更复合实际的传热情况.通过所建模型对U型埋管的换热特性进行了数值模拟,结果表明:U型埋管的换热状况主要与土壤导热系数、回填物导热系数、管脚间距、管脚热干扰角、管内流体流量、进口流体温度及周围土壤温度有关,其中土壤导热性影响最为显著.增加土壤与回填物导热系数、管脚间距、管内流体流量及减小管脚热干扰角与进口流体温度(供热工况下)均可以增强埋管的换热效果.但回填物导热系数不可无限制增大,其大小还要考虑对增强管脚间热干扰的影响及其与管脚间距的相互关联性.同时,流量的增加要考虑对流动阻力增加的限制,可以采用变流量设计来进行调节与优化.此外,为了充分发挥地源热泵的能效,其实际设计应该考虑埋管、热泵及负荷三者间的相互匹配性.