地源热泵地中换热器的非稳态传热数值研究.pdf

第卷第期可再生能源
年月
地源热泵地中换热器的非稳态传热数值研究
唐志伟金楠闫桂兰
北京工业大学环境与能源工程学院北京天津市建筑设计院机电设备二所天津
摘要竖直型管经常被用做地源热泵的地下换热器。文章建立了三维数值模型模拟型管内的流动和地
下耦合非稳态传热。使用商业软件和构造数值模型并进行数值模拟。为了验证模型的有效
性将型管出口水温的模拟结果与实测数据进行了比较运行中出口水温模拟值稍大于实验值随着运行
时间的增加两者相差越来越小。该结果显示对于长时间运行的热泵系统此模型的模拟数据更加真实可靠。
关键词地源换热器型管数值模拟传热
中图分类号文献标志码文章编号















引言型管视为柱热源。通过实验研究和数学推导他
土壤的温度在冬季比室外空气温度高在夏们发现了型管单支管的外径和等效柱热源

季比室外空气温度低。以土壤为换热源的热泵比直径的联系系数为~ 平均值为。
以室外空气为换热源的热泵的工况更理想。竖直年和’用分析法求
型管具有结构简单和占地空间少的优点被广解等效于型管的柱热源得到近似分析解。
泛用作地源热泵工程的地源换热器。年推导出等效圆柱直径取决于
为了弄清地埋型管的换热能力和与其换型管单支管的外径和两管中心距的结论。
热土壤的温度场研究者一直在对型管传热的年等人用柱坐标的网格
数学模型进行研究等效法在此研究领域中被广代替型管形状得到了一种新的等效模型。
泛使用。年和将竖直年周业素建立了使用经验公式计算水和等
收稿日期。
作者简介唐志伟男湖南邵阳人博士副教授主要从事水源热泵和地源热泵技术研究和开发工作。
· ·
可再生能源
效于型管的圆柱内壁面的对流换热的三维等效同部分。这种划分把模型分为个部分这有利
圆柱数值模型。于在数值模型中设置网格。网格将分别设置在这
在等效模型中型管一般被简化为柱热源个部分中。在顶层也是最厚的一层中流态在
型管内的流动过程在模型中没有得到充分表竖直方向上变化很小因此在此层中竖直方向上
示。本文建立了一个具有真实型管形状可以的流体节点间距均匀且较大。在底层的流体通过
直接模拟竖直型管内流动的三维模型将型半圆环形路径改变流动方向沿着半圆环形路径
管出口水温的模拟值和实测数据进行了比较并在流体和型管上布置适当间距的节点太稀疏
分析了型管的平均热流量、土壤的温度场和的节点间距不能精确模拟流动而太密集的节点
型管内水温分布等模拟结果。间距在此处不能被所接受。在竖直方向
数值模型的建立上中间层节点间距呈渐变分布以连接底层和顶
在地源热泵工程中型管内径通常为层的节点。在顶层和中层中型管、回填土和土
管内流速通常在~ 水的热物性参壤在竖直方向上的节点间距与流体相同。
数随温度变化。若地源热泵在冬季工作型管内模型的网格划分
平均水温设定为℃水的运动粘度为× 图是流体和型管在垂直于流向截面上
型管内流动的雷诺数约为~ 。的网格流体网格在靠近管壁处密集这有利于精
如果地源热泵在夏季工作型管内平均水温设确模拟水与型管之间的对流换热。图是回填
定为℃型管内流动的雷诺数约为土在顶层和中层水平截面上的网格。图是土壤
~ 型管内