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熱滲耦合作用下地下埋管換熱器的傳熱分析

點擊:1714 日期:[ 2014-04-27 11:45:31 ]
為確定地下水滲流對U型地下埋管換熱器的影響,基于熱滲耦合作用下的數學模型,采用整體求解方法求得管內流體、地下埋管換熱器及周圍土壤的溫度場數值解。分析了地下水滲流對傳熱過程的影響,結果表明地下水流動對原溫度場的影響明顯,而且地下水流速越高影響越大。進一步分析了有滲流時不同土壤類型對地下埋管換熱器的影響情況,在飽和狀態下導熱系數是主要的影響因素。引言土壤是固、液、氣多孔介質,地下水在其中流動。流體在多孔介質中的流動稱為滲流,因此埋地盤管周圍土壤傳熱過程其實是個熱滲耦合過程。豎直埋管一般都垂直深埋,所以實際上在其穿透的地層中或多或少地都存在著地下水的滲流,尤其是在沿海地區或地下水豐富的地區甚至有地下水的流動。地下水的滲流或流動有利于地下埋管換熱器的傳熱,也有利于減弱或消除由于地下埋管換熱器吸放熱不平衡而引起的熱量累積效應。對垂直U型埋管換熱器,管段大部分位于地下水位以下的土壤飽和區內,因此地下水流動的影響尤為重要,尤其對于孔隙率較大、滲透系數較高的含水層,作用更為明顯。目前國內外關于垂直U型埋管換熱器的傳熱模型都是基于純導熱的模型,雖然很多研究者和工程技術人員認識到地下水滲流可能對地下埋管換熱器的傳熱能力產生重要的影響,也提出過一些定性的分析,但是由于該問題的復雜性,至今很少見到深入的理論分析,現有的地下埋管換熱器設計軟件中也都沒有考慮地下水滲流的影響。但在美國明尼蘇達州,曾經出現現場測試的土壤導熱系數極度偏高,后經分析是地下水流動引起的[1]。英國的一棟3層辦公樓夏季管內流體平均溫度測試值只達到3℃,比模擬值低很多,經分析是由于地下水流動使管周圍的溫度降低而引起的[2]。此外,在現場測試和采用人工地下水流動的模擬實驗中也發現了類似的現象[3]。
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