套管式地埋管换热器传热特性数值模拟

基于有限元分析方法,建立套管式地埋管三维非稳态传热模型,利用自行搭建的套管式地埋管传热实验台实验验证了所建数理模型。数值模拟研究了回填材料、流体进出口方式、不同管径组合等工况下的套管式地埋管换热器传热特性。研究结果表明:实验与模拟结果的相对误差在10%以内,证明了所建立数理模型的合理性;导热系数和热扩散率大的回填材料能获得较高的单位井深换热量和较低的出口水温,热短路现象明显;相比外进内出的流动方式,内进外出的方式能获得更低的出口水温,但后者热短路现象更为严重;在套管换热器外管管径不变的条件下,增大内管管径可缓解热短路现象,提高换热器传热性能。

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明:外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。