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柏恩:渗流机制下地埋管换热模拟计算条件

  •     地埋管结构和土壤物性条件
        为了研究地埋管在渗流型传热机制下的换热特性,将以地埋管地源热泵夏季空调工况为例进行模拟分析,基本模拟条件如表1所示。
           
        矩形无穷远数值模拟边界尺寸
        土壤是一个饱和的或部分饱和的含湿多孔介质体系,但对于地下水位线以下的埋管区域,埋管换热器周围的土壤已处于饱和状态,此时土壤热湿迁移耦合作用的影响已很弱,而地下水水平方向渗流的强弱成为对土壤传热的主要影响因素.为建立符合实际的渗流边界条件地埋管传热模型,考虑到地下水渗流流动过程的方向性,数值计算边界域采用方形,其截面如图1所示。考虑到计算条件限制以及本着分析地埋管传热特性为目的,计算模拟时间为2500 h。
        要在数值模拟当中完全真实再现渗流工况下地埋管换热的无穷边界是不现实的,因此必须选择适当的边界值以保证在模拟计算中边界处不受地埋管取热或排热的干扰,也就是边界处的热状态不发生变化,满足定义无穷远边界的条件.正是地下水渗流方向性极大地影响着地埋管换热过程中热流传递方向,使得土壤中热量传递主要集中在渗流的方向上在垂直于渗流方向上以导热模式传递热量为主,因而在图1中边界值L3可以采用导热机制下的无穷远边界值,上游边界值L1及下游边界值L2的设定则受地下水流较大的影响。存在地下渗流使得地下水流方向上游的冷热量不断地随着水的流动向下游传递,这与无渗流时土壤导热呈辐射状传热有很大的不同,使得上、下游土壤温度的变化强度呈现出不同的趋势,导致L1的取值将明显小于L2的取值。渗流条件传热受诸多因素的不同程度的影响,无穷远边界处的热扰动状态必然也随之变化。
               
        根据对无量纲边界热扰动因子的影响因素分析,为保证数值计算结果的正确可靠,需要根据模拟时间来选取适当的计算边界值.在大多数情形下,L1=500ro,L2=2 000ro,L3=1 250ro的计算边界值可以满足模拟地埋管空调季的换热要求。

     

     

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        编辑:黄黄
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