地下水渗流对地埋管管群传热的影响-《制冷增刊》

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1、地下水渗流对地埋管管群传热的影响王沣浩余斌颜亮(西安交通大学建筑节能研究中心，陕西西安710049)摘要：建立了有地下水渗流时地源热泵地埋管管群热渗耦合传热模型，通过数值模拟方法研究了地下水渗流对管群内不同位置钻孔换热的影响，渗流方向角和钻孔布置形式对管群换热的影响等方面的内容。研究结果表明，地下水的渗流削弱了管群在垂直于渗流方向上的热影响，增强了沿渗流方向的热影响。地埋管管群无论顺排还是叉排布置，都存在一个最优渗流方向角，此时管群换热效果最好，而且渗流方向角的影响随渗流速度的增大而增强。关键词：

2、地源热泵；地下水渗流；管群；渗流方向角；布置形式中图分类号：TK529文献标识码：文章编号：Heattransferanalysisofgroundwaterseepageforthemulti-pipeheatexchangerofgroundsourceheatpumpWANGFenghaoYUBinYANLiang(BuildingEnergyResearchCenter,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,Shaanxi,China)Abstract:T

3、heheattransfermodelofcoupledthermalconductionandgroundwaterseepageofmulti-pipeheatexchangerwasbuilt.Theinfluenceofgroundwaterseepagetothedifferentlocationboreholewithinthemulti-pipeexchanger,groundwaterseepagedirectionangleandarrangementofboreholetoth

4、emulti-pipeexchangerwereanalyzedinthispaper.Thesimulationresultsshowthatgroundwaterseepageweakenedthemutualthermaleffectsonperpendicularflowdirection,butincreasedthemutualthermaleffectsalongtheflowdirection.Nomatterhowthearrangementofthemulti-pipeheat

5、exchanger,thereisanoptimalflowdirectionangle.Thebestthermaleffectwouldbeshown,ifthemulti-pipeexchangerlayoutalongtheoptimalflowdirectionangle.Keywords:groundsourceheatpump;groundwaterseepage;multiplepipes;flowdirectionangle;Arrangement引言目前国内外比较成熟的地埋管换

6、热器的传热模型都是基于土壤为常物性假设的纯导热模型，忽略了地下水渗流的影响。实际土壤是由固、液、气三相物质构成的多孔介质，在空隙中有地下水流动，地埋管周围土壤传热过程其实是个热渗耦合传热过程。实际工程中竖直地埋管的深度通常达100～300m[1]，在其穿透的地层中或多或少地都存在着地下水的渗流，忽略不计地下水渗流对地埋管换热器的影响将导致偏于保守（因而是偏于安全）的设计。现有数据表明，在水力梯度相同的条件下，不同类型的土壤内渗流速度相差非常大，有时甚至可相差7个数量级以上0。国内外研究者通过相关研

7、究奠定了有地下水渗流时地埋管热渗耦合传热的一些基础理论，并分析了地下水渗流对地埋管换热器的影响，取得了一些定性的结论。Eskilson[3]和Claesson[4]中提出了地下水渗流对地埋管换热器影响的分析模型，其模型假设土壤中地下水流均匀的分布在地下多孔介质中，这在均匀连续多孔介质中很适用。同时用线热源模型模拟地下水对单井的影响，给出了移动线热源问题的稳态解析解，讨论了在达到稳定状态以后地下水渗流对地埋管换热器的影响。在无法精确求的解析解的情况下，Chiasson[5]等人利用有限元发数值求解了

8、二维的瞬变渗流问题，对一些实际问题进行了计算和比较，但未能找到一般的规律和结论。中南大学的谭显辉、丁力行[6]分析了地下水渗流对地埋管换热器设计的影响，介绍了以Pe数作为设计地埋管换热器中是否应该考虑地下水流动因素的一个判别条件。山东建筑大学的刁乃仁等人[7][8]建立了多孔介质中有渗流时的能量方程，得到了有渗流时无限大介质中线热源温度相应的解析解，并分析了渗流对地埋管换热器周围温度场的影响。哈尔滨工业大学的范蕊、马最良[9]]基于热渗耦合作用下的数学模型，采用整体求解法求得换热管