论文摘要
地源热泵系统具有高效、节能、环保的特性,近年来日益受到人们的重视。对于竖直埋管形式的地源热泵而言,其推广的最大障碍之一是地下换热器的初投资较高,因此,如何提高换热器单位管井换热能力,是研究和工程应用中的一个重要的课题。在影响换热器换热效率的各种因素中,热短路是一个值得研究的问题,数值计算是分析这一问题的有效手段之一。以往研究热短路现象所采用的模型多为二维、二维等效管模型等,由于埋管换热器在岩土层中的实际传热是一个三维的非稳态过程,在二维模型基础上得出的结论可能与实际情况误差较大。本文采用数值计算的方法,利用FLUENT软件,建立了对地源热泵地埋换热器三维传热模型,以一个独立的单U埋管为对象,对不同钻井深度、不同回填材料热物性、不同管内流体流速等条件下的换热过程进行了模拟计算;通过比较进出水管管内断面平均水温在不同管井深度上的变化,分析了上述因素对热短路影响的程度,同时分析了热短路对单位井深换热量影响;针对热短路特征十分明显的情形,模拟与分析了采取局部保温措施的效果;定义了单位换热量管井投资成本和水泵功耗成本,对不同情形进行了比较。结果表明,随钻井深度和回填材料导热系数的增加,热短路现象越明显;流速的增加会减少热短路现象,但液体输送泵的功耗会增加。因此,在设计时,应该综合考虑各个因素的影响。对出水管作一定长度的保温措施后,发现在出水管增设一段保温层效果不明显;而采用间歇运行的方式,管脚间的热短路影响减弱,换热效率增加,但是,能否采用间歇性的运行,是由系统的负荷特性确定的。