土壤-空气换热系统热性能的模拟与分析

针对土壤-空气换热器在日光温室中加热条件下土壤中热量传递的问题,研究利用SIMPLER算法,对土壤-空气换热系统的热性能进行数值模拟,并研究空气流速度对该系统热性能的影响,以获得最佳的进口空气速度。首先以土壤导热方程为基础,再结合k-ε湍流模型,将固体区与流体区作为1个整体全场求解,最后对空气与土壤的交界处用壁面函数法进行特别处理。在此基础上,通过建立土壤-空气换热器瞬态二维模型,模拟研究不同入口空气速度对土壤-空气换热器热性能的影响。模拟结果表明,当入口温度相同时,随着空气流动速度的加快,进出口空气温差逐渐减小。在此过程当中,系统换热量和COP的增加均越来越慢。通过模拟结果可知,空气的最佳入口流速为6.5 m/s。研究结果对农业温室的运行和节能有参考价值。