使用土壤源熱泵的熱傳遞模型，模仿剖析了在夏日運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)異樣進(jìn)口流體溫度下井群換熱器的換熱規(guī)則，探討了異樣進(jìn)口流體溫度對(duì)換熱器換熱功能的影響，得出了異樣進(jìn)口流體溫度下井群換熱器換熱量的核算辦法，為工程實(shí)踐供給了理論依據(jù)。
    【關(guān)鍵字】井群；循環(huán)流體；換熱功能；數(shù)值模仿
    中圖分類號(hào)：TK52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
    文章編號(hào)：1671-6612（2012）02-194-04
    0·導(dǎo)言
    地源熱泵供暖空調(diào)的優(yōu)勢(shì)使其成為近年來國(guó)際可再生能源使用及建筑節(jié)能領(lǐng)域中添加最快的工業(yè)之一[1]。在曩昔的10年中，大約30個(gè)國(guó)家的地源熱泵年添加率到達(dá)了10%，它的首要長(zhǎng)處是使用一般的地溫制冷或供暖，到達(dá)節(jié)能的意圖。當(dāng)前國(guó)際裝置的地源熱泵體系的總?cè)萘亢彤a(chǎn)熱量達(dá)9500MW和52000TJ/Y（14400WH/YR），實(shí)踐裝置地源熱泵的數(shù)量為100多萬套[2,3]，我國(guó)地源熱泵的使用固然并未排在國(guó)際的前列，可是地源熱泵在我國(guó)的開展曾經(jīng)進(jìn)入我國(guó)制冷職業(yè)開展的快車道。由于地源熱泵體系的關(guān)鍵技能會(huì)集在地下?lián)Q熱器傳熱特性以及熱泵體系與埋地?fù)Q熱器匹配等方面[4]，國(guó)內(nèi)外關(guān)于單U型地埋管周圍溫度場(chǎng)的研討做了許多任務(wù)，但實(shí)踐工程的使用僅用單井是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為了使地源熱泵體系能在實(shí)踐工程中廣泛使用，就應(yīng)該研討整個(gè)井群的換熱規(guī)則，但現(xiàn)階段大家對(duì)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(jīng)過對(duì)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(shù)的概念。經(jīng)過模仿異樣進(jìn)口流體溫度對(duì)井群中土壤溫度場(chǎng)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(yīng)的井群換熱量批改系數(shù)，批改系數(shù)的得出為整個(gè)井群換熱量的核算供給了依據(jù)，為實(shí)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(duì)整個(gè)井群進(jìn)行三維數(shù)值模仿，在思索換熱器內(nèi)循環(huán)水活動(dòng)的還，思索了U型管與回填土間的換熱、鉆孔內(nèi)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(jìn)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(lián)系，剖析曉得井群中存在三類井[7]，即角井，邊井和中井。
    關(guān)于沒有其它井對(duì)其換熱攪擾的井稱為“單井”。本文依據(jù)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(shí)踐換熱量。依據(jù)單井單位井深的換熱量公式[8]qd=cp·m·Δt/H可知，在質(zhì)量流量m一樣，既流體流速相還，這個(gè)換熱量是常數(shù)；在流體溫升不明顯時(shí)，也可將其定壓比熱cp按常數(shù)核算；井深H是個(gè)定值。則井群中三類井的換熱量批改系數(shù)k簡(jiǎn)化為各井的進(jìn)出口溫差和單井的進(jìn)出口溫差之比，因而角井、邊井、中井的換熱量批改系數(shù)分別是kj=Δtj/Δtd；kb=Δtb/Δtd；kz=Δtz/Δtd。本文模仿得出了進(jìn)口流體溫度異樣時(shí)，井群換熱器中三類井的換熱量和換熱量批改系數(shù)值。
               
    2·核算假定
    單井模型是井群模型的根底，對(duì)單井模型的傳熱進(jìn)程作如下假定：（1）土壤導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、密度等熱物性參數(shù)不隨深度和溫度改變而改變；（2）疏忽體系實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)程中由于地下水存在發(fā)作換熱表象時(shí)能夠存在的熱濕搬遷；（3）將傳熱進(jìn)程看作軸中心對(duì)稱散布；（4）將體系運(yùn)轉(zhuǎn)前大地溫度場(chǎng)看作均勻共同。
    3·核算成果及剖析
    地源熱泵任務(wù)時(shí)，埋管換熱器進(jìn)口水溫隨熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況的改變而改變，如夏日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，換熱器進(jìn)口流體溫度較低，而冬天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)口流體溫度較高。本模仿進(jìn)程中，假定換熱器進(jìn)口流體溫度穩(wěn)定不變，模仿了進(jìn)口流體溫度分別為36℃、38℃和40℃三種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，接連運(yùn)轉(zhuǎn)90d時(shí)，井群換熱器中三類井的進(jìn)出口溫差隨運(yùn)轉(zhuǎn)工夫的改變聯(lián)系，模仿成果如圖2所示。 
                
     從上到下三組曲線依次是進(jìn)口流體溫度t1分別為36℃、38℃、40℃時(shí)進(jìn)出口溫差隨運(yùn)轉(zhuǎn)工夫的改變曲線，每一組曲線中從上到下依次是單井進(jìn)出口溫差Δtd、井群中角井進(jìn)出口溫差Δtj、邊井進(jìn)出口溫差Δtb和中井進(jìn)出口溫差Δtz隨運(yùn)轉(zhuǎn)工夫的改變聯(lián)系曲線。從圖2可以看出，異樣進(jìn)水溫度工況下角井、邊井、中井和單井的進(jìn)出口流體溫差值均隨運(yùn)轉(zhuǎn)工夫的延伸而逐步減小。每種工況下各井的進(jìn)出口溫差值在0-20d內(nèi)均是持平的，20d今后各井的溫差值開端呈現(xiàn)異樣，這說明在接連運(yùn)轉(zhuǎn)20d工夫內(nèi)，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(xiàn)彼此攪擾，而運(yùn)轉(zhuǎn)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(gè)井換熱量開端呈現(xiàn)彼此影響；從圖2還可看出，在運(yùn)轉(zhuǎn)20d后，單井進(jìn)出口溫差值大于井群中所有井的進(jìn)出口溫差值，井群中角井流體的進(jìn)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(guān)，由于井群中與角井嚴(yán)密相連的有2口井，與邊井嚴(yán)密相連的有3口井，與中井嚴(yán)密相連的有4口井，周圍相鄰的井越多，一樣的運(yùn)轉(zhuǎn)工夫內(nèi)，其周圍的井對(duì)其換熱量發(fā)生的熱攪擾越大，批改系數(shù)就越小。進(jìn)出口流體溫差的改變能夠惹起換熱量批改系數(shù)的改變，圖3、圖4、圖5分別是循環(huán)流體進(jìn)口溫度t1=36℃、38℃、40℃時(shí)，角井、邊井和中井的換熱量批改系數(shù)kj、kb和kz的值隨運(yùn)轉(zhuǎn)工夫的改變聯(lián)系曲線。 
      當(dāng)進(jìn)口流體溫度t1=36℃時(shí)，井群間的彼此影響約從第24d開端；進(jìn)水溫度t1=38℃時(shí)，井群間的彼此影響約從23d開端；進(jìn)水溫度t1=40℃時(shí)，井群間的彼此影響約從21d開端。這說明，異樣進(jìn)水溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)一樣的工夫，進(jìn)水水溫越高對(duì)各井之間呈現(xiàn)熱攪擾越早，這是由于管內(nèi)流體溫度越高，流體與管外土壤的溫差也就越大，傳熱動(dòng)力也越大，U型管的換熱才能越強(qiáng)，在一樣的土壤物性條件下熱量傳到同一個(gè)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(shù)就越小。 
     當(dāng)進(jìn)水溫度為36℃時(shí)井群中各井換熱量批改系數(shù)值kj、kb、kz要大于進(jìn)水溫度為38℃和40℃時(shí)kj、kb、kz值，這首要是由于進(jìn)水溫度越低，管內(nèi)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(yùn)轉(zhuǎn)到第90d時(shí)，三類井單位井深的換熱量批改系數(shù)跟著進(jìn)水溫度的改變曲線，三類井的換熱量批改系數(shù)隨進(jìn)口流體溫度添加逐步減小。從圖6中可以查出在運(yùn)轉(zhuǎn)第90d時(shí)，進(jìn)口流體溫度在36℃～40℃范圍內(nèi)的各井換熱量批改系數(shù)。
               
    4·定論
    經(jīng)過本文的模仿剖析，可以得知異樣進(jìn)口溫度下井群中三類井的換熱量批改系數(shù)，經(jīng)過圖3、圖4、圖5可以查得這三種進(jìn)水溫度下井群中各井的換熱量批改系數(shù)，也可以經(jīng)過擬合曲線得到0-90d內(nèi)恣意時(shí)辰36℃～40℃進(jìn)水溫度的各井換熱量批改系數(shù)。依據(jù)以上得出的換熱量的批改系數(shù)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(jù)工程實(shí)踐中井群中各類井的數(shù)量就可以得到整個(gè)井群換熱器的換熱量。
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