地源热泵U型埋管非稳态传热数值模拟.pdf

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1、贾永英等：地源热泵u型埋管非稳态传热数值模拟139DOI：10．13905／j．cnki．awjz．2015．09．052地源热泵U型埋管非稳态传热数值模拟贾永英，周正，支艳，王志国(1．东北石油大学土木建筑工程学院。黑龙江大庆163318；2．中国石油天然气管道局北戴河培训中心，河北秦皇岛066100)【摘要】针对严寒地区气候特点和冬季冻土特点，建立了严寒地区地源热泵垂直u型埋管换热器周围非稳态温度场的物理模型和数学模型。利用ANSYS和FLUENT软件建立U型换热器三维数值模型并进行数值模拟，计算换热器

2、内的温度分布并分析u型管进口水温、回填材料、u型管埋深对换热器换热性能的影响。将模拟结果与实测数据进行比较，验证了该模型的正确性。研究结果为地源热泵的的优化设计和运行提供有益的参考。【关键词】地源热泵；U型管；数值模拟；换热性能【中图分类号】TU832．02【文献标识码lB【文章编号l1001—6864【2015)09—0139—03NUMERICALSⅡULATIoNoNUNSTEADYHEATTRANSFERoFU-TUBEGRoUNDSoURCEHEATPUMPJIAYong．ying，ZHOUZhe

3、ng，ZHIYah，WANGZhi-guo’(1．SchoolofCivilEngi．，NortheastPetroleumUniversity，HeilongjiangDaqing163318，China；2．BeidaiheTrainingCenterofChinaPetroleumPipelineBureau，HebeiQinhuangdao066100，China)Abstract：Thispaperestablishedaphysicalandmathematicalmodelofvertical

4、U—tubeheatex-changerbasedontheclimateandpermafrostcharacteristicsincoldregion．ANSYSandFLUENTsoft-warewereusedtoconstruct3DnumericalmodelofU—tubeheatexchangerandcalTyoutnumericalsimu—lation，itsimulatedthedistributionoftemperatureinheatexchangerandanalysedth

5、einfluenceofU-tubeinletwatertemperature，backfillmaterials，U—tubeburieddepthonheattransferperformance．Thecorrectnessofthemodelwasverifiedbymeansofcomparingthesimulationresultswithmeasureddata．Theresultswillprovidebeneficialreferencefortheoptimizationofthede

6、signandoperationofgroundsourceheatpump(GSHP)．Keywords：ground—sourceheatpump；U—tube；numericalsimulation；heattransferperformance垂直u型埋管的地源热泵系统，由于其换热效率现，间歇运行工况优于连续运行工况，而且可以更有高、占地面积小、工作性能稳定等优点，成为目前在我效的改变埋管周围土壤温度变化趋势，降低温升率，国应用最为普遍的一种地源热泵换热形式。由于地提高机组运行性能。在工程上国内外研

7、究者主要采埋管换热器是地源热泵系统的核心部分，为弄清影响用线热源和柱热源模型对地源热泵垂直U型埋管换u型埋管换热器换热性能的影响因素，国内外研究者热器进行研究，这些模型只能研究某一水平面，不能对地源热泵系统的地埋管换热器进行了大量实验和反映整个区域的换热情况。本文建立换热器传热过数值模拟研究。1986年，V．C．Mei提出了三维瞬程的三维模型，并利用模型和软件，详细的模拟了进态边界元的传热模型。Abu-Nada等人提出了三维圆口温度、回填材料、埋深等因素对u型埋管换热器换柱源的理论模型，同时发现u型管出口温

8、度随着埋深热性能的影响规律。的增加而升高，并且还与埋管的位置有关。Rasim1模型的建立Karabaeak等人在土耳其对一套地源热泵系统的供冷1．1物理模型性能进行实验测试，发现地源热泵系统供冷时的COP由于U型管周围实际的土壤温度场较为复杂，与为3．1～4．8，而热泵的COP为2．1～3．1。杨伟波等土壤的类型、土壤含水量、埋管的几何形状及布置方人，对南京地区的地源热泵夏季运行性能进行实验发式、热泵运行时间、冷