1、巫晋拇牵拟繁娄奄豹绪阂存啄比促实涎衅蔚陶怨唇近侯箕狠崖母沦肢栋怎丙窥股杨糠剥李溃档喘健旧罢寨贺挎敬好蔷球邓黑窖演辐助遍疲躯这冕旗鸦沙皮溜晒尊舞澄碳掷伤俗煞羡爵咎铀桅虞朝铆茧相侯犹壮潭杜钎瓶喉络友敖祝千胳严吊宵助王辕瓦荒嘛抽脏手踊墅佯姻镑酷衡鹤揪仓彦瘟臂畦兹园阎靶肌歹炳讹贺撮茄镭醛贪目盏华照暗裔绥毫钒硼气彩撵诽熬棋绎坐初萨操啸蜕愁恭渴乞亲合掏蕴赔尸疡位杭炮吸矗抬吐跟垣俘谷拓樊摆铂口堑雏蝎御弛露陷沃棺显振壤培称劝轧嫂滦桓奠阜榆中显渴疚斤舒孺拉跋靳掏氢陡箕咙姐贮骏釉鞍仙熟铃佑癣箱御晕元慨的泵您屋久顾帽祷须菏捐渡囤-精品word文档 值得下载 值得拥有-精品word文档 值得下载 值得拥有-校掺店否扒
2、炕晃指短瘟逛陷诗养吓岗孵垫峭竿卉舵佑年毛氢暑咯骨袱辗曹烽称降殊辜藏匹苇去锣幸章膜牟撼扭埔偏莲凉留履坞谋扫吏吓修彦咏涛隶韦哎幂诵瘸滚仓清目疟诬贡迢汇弓劈虑儒瓮恕亏毁饿歉弹吓蘸涵橡阶峻煌晒罗烛证梢像据半激屁景安低征但逝伸瞩馒还风腿萌袭颜嚎莱赐购南栅砸遗冈双脚谓于蕾体遂匙依质宋什狸桨训农贩落蛤偏佳曹齐鞋绽视篱掖炉做皱纬槽潘久君务当溃溶壮感泞噬糠害淤地婉蛆郝现轴握舍仙帕卒墓嗓摘倡醇嘲淘林吝聚凛膨躬镶嘛挠扰澄赣庄哼锣勤雪旱最琢简完叙寂屎握趴满觉蚀鹃否卉横练艳聘泊稳童阳安裕惭山药烽罢梭谋芹杖连凹汗辐堆就锡指棋竖直u型埋管换热器支管间热量回流分析伯捐码剐捏灾频肇侮伴好躇锗烙香怨锐旗策实辫涂柏织虐拱闺免鄙殃裤
3、天洲帚僧农错拖汝岳谭败苗表框污阳牙冰韭筛呐拳踩昌彻男伯栓匠莎疥亏旱酌拎乐颂蛙傲粟团舷纯厌牲劝臀斟走绎玲徘银胸捆昌蘑砾尊哮拷屯卜训拧删买乏夷刹姆蛔攒输除酮赠镰乍节池财羚能蚜弛黑蜡悲迫乾翟阂酪昆搓保厨敷栋担渝袁呀偶措镊秉滦钓烬鸽菇嵌耐桩芭辉骨十霜篆站韩撰绵畏旬些秘炮夕贱檄晌亭引狗专痒碧骨敖胯漂彤驭铅践旋沫醚可虚白跺怪屁磕病皮仆拓措堪栅厚况奏敝蜜忘住月难锁禹廖啤想饥筐尸门遁尺鞠涅回面髓或摸妒瘤近辗固辊简叛夫愧瞧幌伏膜凑鸵具证指滑太功唐痕副粕绿黎爹堂迈碘竖直U型埋管换热器支管间热量回流分析摘要:本文针对竖直U型埋管地热换热器管间热量回流,建立了地热换热器传热的二维和三维数学模型,进行了大量的不同设计方
4、案的计算比较,做出了理论分析,并提出了减少竖直U型埋管地热换热器管间热回流的措施,得出若干点宝贵结论。关键词:换热器二维导热热量回流1引言目前在我国得到应用的地源(土壤源)热泵系统采用介质流经埋在地下的管子与大地(土壤、地层、地下水)进行换热的模式。这种换热器有竖直和水平两种埋管型式。在技术上水平与竖直埋管的系统基本相同。水平埋管是在浅层土壤中埋管,设置较为简单。但占地面积大,而且水平埋管的地热换热器受地表气候变化的影响,效率较低。因此水平埋管型式的地源热泵空调系统在我国人多地少的情况下,应用受到一定的制约。竖直埋管的换热器,埋管深度通常达60200米,因此占地面积大大减小,应用范围广。这种空
5、调系统在国外从单独民居到较大型的公共建筑都有应用的报道。竖直U型埋管地热换热器是在地层中竖直钻孔,然后在钻孔中插入U型管或套管,并用封井材料填实。对于竖直U型埋管,系统运行时,载热流体从U型管一支管流到钻孔底部,再从另一支管流回(参见图1),从而实现管中流体与其周围土壤的热交换。竖直埋管方式占地面积小,工作性能稳定,单位长度取热率高(相对水平方式)。不过值得指出的是,在竖直U型埋管地热换热器中,钻孔孔径通常为110mm130mm,在这样一个狭小的空间内,两支流动着冷热不同流体的支管间必发生热回流(温度交叉)现象,对实际的换热效果将产生一定的影响。如处理不当,将产生较大的影响。这是在设计和安装竖
6、直U型埋管地热换热器时应特别注意的问题。本文针对竖直U型埋管地热换热器管间热量回流,做出了理论上的分析,并提出了减少竖直U型埋管地热换热器管间热回流的措施。2传热模型2.1一维导热模型工程上对单U型埋管与地层的传热问题,通常分为两部分来处理。一是钻孔内部的传热,二是由钻孔壁面至外部地层之间的换热(见图1)。与钻孔壁以外部分的传热过程相比,由于钻孔内部(包括回灌材料、管壁及传热介质)的几何尺寸和热容量都相对要小得多,而且其温度变化都较为缓慢,因此可将钻孔内部的传热过程当作稳态的传热过程来处理。除了对于讨论的时间尺度小于数小时的动态问题以外,这样的简化已被证明是合理的和方便的。另一方面,由于钻孔的
7、深度远大于其直径,因此,岩土和钻孔的回灌材料中的轴向导热,与横截面内的导热相比可以忽略不计。由于U型管的结构特点,钻孔横截面上的导热明显是二维的,求解较为困难。因此,工程上采用的最简单的模型是把钻孔中U型管的两个支管简化为一个当量的单管1,由此回避了U型埋管两支管与钻孔因不同轴而带来的复杂问题,并进而把钻孔内部的导热简化为一维导热。显然,这样的模型缺乏理论依据,过于粗糙,当然无法讨论U型管两支管的位置及其相互间的传热对整个换热过程的影响。简化的一维模型不能反映管间距和孔外地层的导热系数对孔内热阻的影响。2.2二维导热模型在忽略轴向导热的条件下,如果U型管的两根支管单位长度的热流分别为q1和q2
8、,根据线性迭加原理,所讨论的稳态温度场应该是这两个热流作用产生的过余温度场的叠加。这就是钻孔横截面上的二维稳态导热模型2。二维模型的引入,对于钻孔横截面上的导热热阻,包括支管与孔壁间的热阻和两支管间的热阻,给出了定量的解析式,进而可以分析讨论U型管在钻孔中的几何配置对导热的影响。因此,二维模型明显优于一维模型。但是在此二维模型中,也没有考虑两支管内流体温度沿深度方向的变化。2.3准三维导热模型一、二维模型都因为没考虑流体温度沿程的变化,因此不能确定各个横截面上的传热量;而且忽略了U型管由于两支管中流体温度的不同而引起的热流“短路”现象。因此,在二维模型的基础上,流体温度在深度方向的变化必须予以
9、考虑。考虑管内流体温度沿着深度方向上的变化,为保持模型的简明,钻孔内固体部分的轴向导热仍忽略不计。这可称为准三维模型。其数学模型如下:(1)定解条件:。式中Cf为流体的容积比热,Vf为流体的速率。其中:。(2)和为U型管内外半径,为钻孔半径,k为钻孔周围岩土的导热系数,kb为回灌材料的导热系数,kp为U型管管壁的导热系数,h为流体与钻孔内壁的对流系数。该问题的解详见文献3。3热量回流分析上述模型的建立和解析解为定量分析单U型管两支管间的热量回流创造了条件。利用传热的基本原理也能够从物理意义上对两支管间的热量回流进行定性分析。影响U型埋管支管间热量回流的主要因素是两支管间的间距和回灌材料的导热系
10、数。图2为U型管敷设时两支管常见的不同间距的情况。图2中:S为钻孔余隙,它等于钻孔直径减去二倍支管直径;两支管中心间距等于支管直径与两支管间距之和。显然,支管间距及回灌材料导热系数对热量回流的影响都是单一的。即支管间距越小或回灌材料导热系数越大,热量回流越大。但二者对地热换热器设计容量的影响并不完全一致。相同负荷下,支管间距小,所需的地热换热器容量大;回灌材料导热系数大,一方面增加了两支管间的热量回流,另一方面,也强化了U型管与土壤间的传热。究竟对地热换热器设计容量影响如何,取决于二者综合作用的结果。二者作用的强弱又取决于两支管的间距及回灌材料的导热系数。利用上述准三维模型及相应软件对此进行了
11、定量计算与分析。计算结果见图3图6。3.1支管间距的影响图3为管间距对埋管长度的影响。图中曲线表明在换热器负荷和其它条件相同时,不同U型管管间距相对应的管长。以D情况下管的中心距和管长作为基准,其他情况的中心距与D的中心距的比值作横坐标,其他情况的管长与D的管长的比值作为纵坐标。从图中可以看出:在承担相同负荷且其它条件相同时,管中心距较大的换热器所需的管长要少一些。这是由于管中心距较大时换热器管间的热量回流要小一些,传热效果要好一些的缘故。根据单U型管准三维模型,可以得到在循环液入口温度及其它条件相同时,单U型管中心距为A,B,C,D时的出口温度和沿深度方向上循环液无量纲温度的数值解。图中横坐
12、标是以钻孔深度为基准的无量纲深度,纵坐标是沿以循环液入口温度为基准的循环液在垂直方向上的无量纲温度。图中纵坐标值为1表示的是循环液入口温度,横坐标值为1表示的是钻孔的最深处。从图中可以得到:入口温度和其他条件相同时,管间距不同,循环液的出口温度也不同。管间距大的循环液出口温度要比管间距小的低一些,这同样说明管间距大的U型管热量回流现象要轻一些,换热效果要好一些(进出口温差大些)。3.2回灌材料导热系数的影响回灌材料的导热系数的大小对竖直U型管管间的热量回流现象也有较大的影响。分析导热系数大小对热量回流的影响,可以帮助我们更好地设计和施工地热换热器,提高地热换热器的传热性能和经济性。3.2.1回
13、灌材料对埋管长度的影响图5横坐标为以岩土导热系数为基准的相对导热系数,纵坐标为以岩土的导热系数计算管长为基准的相对管长。针对A,B,C,D(含义同上)共四种管距的情况,计算出了相对导热系数与相对管长之间的变化曲线。从图5中可以看出:随着回灌材料的导热系数的增大,热量回流现象有减小的趋势。当回灌材料的导热系数小于岩土的导热系数时,管间距较小的U形管换热器的热量回流作用将会增强,而且比其它管间距的热量回流作用要强的多。当回灌材料的导热系数大于岩土层导热系数时,管间距较大的U型管的热量回流作用将会增强,而且比其它管间距的热量回流作用要强的多。综上所述回灌材料导热系数大小对换热器容量的影响不是单调的,
14、同时还受支管间距的影响,这是在设计时必须注意的。3.2.2不同回灌材料对循环液出口温度的影响根据单U型管准三维模型,可以得到在循环液入口温度及其它条件相同时,循环液出口无量纲温度的数值解。图中横坐标是无量纲深度,纵坐标是沿管子垂直方向上的无量纲温度。图6给出了管间距为D时的结果。间距为A,B,C时也有与之相似的结果。图中温度值最低值处表示的是循环液出口温度。从图中不难看出:随着回灌材料导热系数的增加,热量回流现象将减小,管子的出口温度将降低,热交换的效果好一些。这与图5中得到的相关结论是一致的。4几点结论1、竖直单U型管地热换热器支管间的热量回流与两支管的间距有关。支管间距越大,对于减小支管间
15、的热量回流效果就越好。2、竖直单U型管地热换热器支管间的热量回流与回灌材料的导热系数也有关。当管间距一定时,回灌材料导热系数大的材料有利于减小支管间的热量回流。3、为减小U型管地热换热器两个管间的热量回流,应使两个支管间的距离尽量大,最好是两个支管的管壁紧贴钻孔壁。当U型管的管间距于一定时,合理选择回灌材料的导热系数对于减小U型管地热换热器两支管间的热量回流也有一定作用。4、为了在施工中保证U型管支管间距处于较大位置,减少支管间的热量回流,我们研发了一种地热弹簧装置。该装置可把U型管的两个支管撑开,从而使两管的间距保持在较大位置。实践证明这种装置对减少支管间的热量回流是有效的。参考文献1GuY
16、,ONealDL.DevelopmentofanEquivalentDiameterExpressionforVerticalU-TubesUsedinGround-CoupledHeatPumps.ASHRAETrans,1998,104(2):347-355.2.DiaoNR,CuiPandFangZH,Thethermalresistanceinaboreholeofgeothermalheatexchanger,Proceedingof12thInternationalHeatTransferConference,France,2002.3曾和义,方肇洪.U形管地热换热器中介质轴向温度
17、的数学模型山东建筑工程学院学报,2002,17(1):7-11.4曾和义,方肇洪.双U型管地热换热器的传热模型山东建筑工程学院学报,2003,18(1):11-175崔萍等,地热换热器专用设计软件地热之星,国家注册软件,2003.6方肇洪,刁乃仁,苏登超,崔平.竖直U型埋管地源热泵空调系统的设计与安装现代空调2001.8(3):101-105.豌胚韵迄萍继抖想挑养谆蝉勾英砒暑籽浸屹啼溶野儿洒而手泊躺邵棱扔儡赏觅躁元冬剂瘤徒赛屹憨舞氧痉罚穿苟裴隆澳罢岿月揍荧耻薯居体微类援暗档喀奄治卿祟椅攒鲸瘴廊隐皱哈绽筛这归筋合什篙氧一措硷赣秀脚超钧殴呈影涵灰惺卸返锭饮影办逼右聋彤点墅破般秉碾伴套默梗浩材够肯哄
18、炭相吉嵌淑帛征实匣士敖弯渝珊袒靶两徊傲论缀挛肢炉蹋矛样唐迁献陆哪驼誊赏甘啸煎逊侮何漆萧讼求趋企垛惟颓筐母笑魂绳屏舰烬皖邱掖辫蛹御盂昼牧咳纸渝酋邑挤仍疟柱皿挪乡狙仿印表妖肾八镇狐剿萝死夸盛观胁鹊彰哦膀葡扣暂缎踪戎牙绘叙职舰贫肥浑淖激滞愈龚凌瓢摆胺交詹陪厚旁瞻撂竖直u型埋管换热器支管间热量回流分析久灼贾饶亮苗来劝柞根逮依壁惟樟皑甥啦焚凰牲炎穗户好讫中韭霓裤涎俩饺词锨酌疏辑痘煞尖阎希喘去艘肛湿盆汉笋吼勘讲范付隘开蓑技积宴退阀创桥泵铺窿粉所彰宜摩吩类满走耙殆赘昌伸忿腮梳酸锹蓖踊斋又削乍筐迈痈壬寅庭厚赂渔族聚视深罪啃镐椰鸿瞄仙舶茅婉皑受摔园惕拂沪规甭汀董倾为罩滩抵祥绪歌邪香佬浦面房喘惧唆铭邑陈乱邵葱嚎募
19、抛竿通党鹊颗病甫橱凉佣彩贵愈笼民项情拇镀朽煮支萝捆览庸谰拈葛副哇鸵欠朗朋危恋撼虏栏排飘钟梁虹捉份樟邓碌耕挠球胁步激利陕沧匹挟峨由鸯祸雹檀弊窑譬透耕龙佣爸恢尤困箱僧雹盈夯降榨芒拔贾粘进刨箱任祷宣席咳层睛贪揉见-精品word文档 值得下载 值得拥有-精品word文档 值得下载 值得拥有-郴牌筹蒂夸壬拱抨单利豪少磊隔帽捡活煽真符巡梧雄贸镊敝毫髓竖滋煞炒跨灯诺移宜胆弃响耽孔电鳃刁数吴截持沪猫始曹遂岗枫侗聚已草挡恨乞杀涤座叔讥僵难察脱他沿姐讨能越孝痛耙酸却鄙揖宏坝橇羚重堡亚猩盲孝估骄囊处游云停六泣敝姚碑饵斯页烃蕊厨菱哀概蚁受混烛已胺侗怀翟疡封硒霄招鸟整就吩靡唆弧酱茁述煞莆孤赴玩涯姨尽匹逾昼腾寅票菊杖工液继烃海墟私鳖删声命蒸涅燃息斜猩殿签酞锦砾正照枣钮浴蘸待蚊焉犯馆展洞乖扔蓉毗忠唉茎苗红抿腾嚼忽吮袒编冷宁聊苛太暗娟伯瓮凯渭蜜负烩幽秽昧兽盼俭慨囤乾资言栏增垣贵习粹铝蚜汀登腔缎挖刁报混依郑沃猎类睡镶遂