地下换热器变热流传热模拟研究

doi:10.3969/j.issn.0253-2778.2015.06.009

中国科学技术大学学报 ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (6): 485-489.DOI: 10.3969/j.issn.0253-2778.2015.06.009

• 论著 • 上一篇

地下换热器变热流传热模拟研究

汤昌福，张文永，朱文伟，俞显忠，刘桂建

1.安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽合肥 230088;2.合肥市浅层地热能工程技术研究中心，安徽合肥 230088; 3.中国科学技术大学地球与空间科学学院，安徽合肥 230026

收稿日期:2015-03-16 修回日期:2015-06-04 接受日期:2015-06-04 出版日期:2015-06-04 发布日期:2015-06-04
通讯作者: 刘桂建
作者简介:汤昌福，男，1982年生，博士. 研究方向：资源与环境保护. E-mail: cftang@mail.ustc.edu.cn
基金资助:
住房城乡建设部软科学项目（2015-R1-012），安徽省住房城乡建设科学技术计划项目（2015YF-06）资助.

Heat transfer simulation for ground heat exchangers with varying heat fluxes

TANG Changfu, ZHANG Wenyong, ZHU Wenwei, YU Xianzhong, LIU Guijian

1.Exploration Research Institute, Anhui Provincial Bureau of Coal Geology, Hefei 230088, China; 2.Hefei Research Center of Shallow Geothermal Engineering and Technology, Hefei 230088, China; 3.School of Earth and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

Received:2015-03-16 Revised:2015-06-04 Accepted:2015-06-04 Online:2015-06-04 Published:2015-06-04

摘要/Abstract

摘要： 基于均一入口流体温度假设和叠加原理建立了地下换热器变热流情形地下传热模拟半解析方法，并进行了验证，研究了热不平衡和热干扰对地下换热器动态特性的影响.研究表明，地下换热器各钻孔换热能力与热干扰大小有关.若地下换热器每年往地下排放的热量大于从地下吸取的热量，地下换热器出口流体温度呈现逐年上升的趋势.工程实例运行模拟表明，地下换热器连续运行10 a，其出口流体温度与第一年相比上升了约08 ℃；地下换热器钻孔受到的热干扰越大，散热能力越差.

关键词: 地下换热器, 变热流, 叠加原理, 模拟

Abstract: Based on the superposition principle and uniform inlet fluid temperature assumption, the semi-analytical solution to heat transferring of ground heat exchangers (GHEs) with varying heat fluxes was built and validated. The effects of load imbalance and heat interference were further examined. Results indicate that the heat transfer capacity for individual boreholes in GHE depends on the strength of heat interference. If the heat rejected into the ground is greater than the heat absorbed from the ground, the outlet fluid temperature of GHE increases gradually every year. Case study indicates that the outlet fluid temperature of GHE, compared with that in the first year, increases about 0.8 ℃ in the 10th year. The capacity of heat rejection for the GHE becomes smaller with stronger heat interference.

Key words: ground heat exchanger, varying heat flux, superposition principle, simulation

中图分类号:

TK52

汤昌福，张文永，朱文伟，俞显忠，刘桂建. 地下换热器变热流传热模拟研究[J]. 中国科学技术大学学报, 2015, 45(6): 485-489.

TANG Changfu, ZHANG Wenyong, ZHU Wenwei, YU Xianzhong, LIU Guijian. Heat transfer simulation for ground heat exchangers with varying heat fluxes[J]. Journal of University of Science and Technology of China, 2015, 45(6): 485-489.

参考文献

［1］刁乃仁，方肇洪. 地埋管地源热泵技术［M］. 北京：高等教育出版社，2005.
［2］ Eskilson P. Thermalanalysis of heat extraction boreholes ［D］. Lund， Sweden: Lund Institute of Technology， 1987.
［3］ Zhang Q. Heat transfer analysis of vertical U-tube heat exchange in a multiple borehole field for ground source heat pump systems ［D］. Lexington， USA: University of Kentucky, 1999.
［4］ Li Xinguo, Zhao Jun, Zhou Qian. Numerical simulation on the ground temperature filed around U pipe underground heat exchangers ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica, 2004, 21(3): 703-707.
李新国，赵军，周倩. U型垂直埋管换热器管群周围土壤温度数值模拟［J］. 太阳能学报，2004，21（3）：703-707.
［5］ Gao Qing, Li Ming, Yan Yan. Operation strategy on the heat transfer enhancement in the underground multi-boreholes ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica, 2006, 27(1): 83-89.
高青,李明,闫燕，地下群井换热强化与运行模式影响规律［J］. 太阳能学报，2006，27（1）：83-89.
［6］ Malayappan V, Spitler J D. Limitations of using uniform heat flux assumptions in sizing vertical borehole heat exchanger fields［C］//Proceedings of Clima 2013, Czech: Prague, 2013: 16-19.
［7］ Tang Changfu, Zhang Wenyong, Zhu Wenwei, et al.Heat transfer analysis of a multi-borehole heat exchanger of ground source heat pump systems ［J］. Journal of University of Science and Technology of China, 2014, 44(11): 921-925.
汤昌福，张文永，朱文伟，等．土壤源地源热泵地埋管换热器管群换热分析［J］. 中国科学技术大学学报，2014，44(11)：921-925.
［8］ Hern S. Design of anexperimental facility for hybrid ground source heat pump systems ［D］. Oklahoma, USA: Oklahoma State University, 2004.
［9］ Spitler J D, Cullin J, Bernier M, et al.Preliminary intermodel comparison of ground heat exchanger simulation models ［C］// Proceedings of the 11th International Conference on Thermal Energy Storage. Stockholm, 2009: 14-17.
［10］ Cullin J R. Improvements in design procedure for ground source hybrid ground source and hybrid ground source heat pump systems ［D］. Oklahoma, USA: Oklahoma State University, 2008.

[1]	李海，唐志国，高钦，张峰，宋安琪. 空气射流冷却圆锥热沉的传热特性分析[J]. 中国科学技术大学学报, 2020, 50(5): 551-558.
[2]	鲁敦放，胡芃. 太阳能驱动第二类吸收式热泵海水淡化系统能量分析[J]. 中国科学技术大学学报, 2020, 50(5): 570-575.
[3]	黄立航，朱旻明，叶桃红. 改进密度耦合的稀疏拉格朗日FDF方法模拟Sandia火焰E[J]. 中国科学技术大学学报, 2020, 50(5): 589-595.
[4]	郭鹏，赵马杰，朱旻明，叶桃红. 自由圆射流对声激励的非线性响应分析[J]. 中国科学技术大学学报, 2019, 49(6): 465-475.
[5]	张轩轩，牛国庆，李垣志. 城市公路隧道近火源区质量卷吸速率研究[J]. 中国科学技术大学学报, 2019, 49(4): 329-342.
[6]	谢忱，朱旻明，陈义良. 高雷诺数圆盘绕流尾迹特性的大涡模拟研究[J]. 中国科学技术大学学报, 2019, 49(11): 930-939.
[7]	张宏达，万斌，张成凯，林宏军，尚守堂，韩省思，叶桃红. 数值模拟研究燃烧室冷态流场结构[J]. 中国科学技术大学学报, 2019, 49(11): 940-946.
[8]	张杰，李琳，朱阁. 基于模拟退火半监督学习的信用预测研究[J]. 中国科学技术大学学报, 2018, 48(6): 447-457.
[9]	夏朝阳，张宏达，于洲，叶桃红，唐鹏. 基于涡旋强度亚格子应力模型的湍流有旋流动大涡模拟[J]. 中国科学技术大学学报, 2018, 48(3): 236-245.
[10]	汲梦宇，刘利刚. 基于感知的室内场景的多视点渲染优化[J]. 中国科学技术大学学报, 2018, 48(2): 140-147.
[11]	郑祥，韦勇凤. 基于Merton模型与Monte Carlo模拟的障碍期权定价对冲[J]. 中国科学技术大学学报, 2018, 48(11): 906-922.
[12]	姚梦云，顾海林，赵普，黄宏杰，李新龙，刘明侯. 均匀来流中串列双圆盘绕流的大涡模拟[J]. 中国科学技术大学学报, 2017, 47(5): 435-442.
[13]	贺俊, 刘亮亮, 张玉娟. 内生增长、税率结构与中国居民消费[J]. 中国科学技术大学学报, 2017, 47(3): 236-243.
[14]	罗智煌，彭新华. 量子物质拓扑相的核磁共振量子模拟[J]. 中国科学技术大学学报, 2017, 47(2): 117-128.
[15]	彭鸿，冷伟. 俯冲板块初始化过程的研究进展[J]. 中国科学技术大学学报, 2017, 47(2): 163-175.

地下换热器变热流传热模拟研究

Heat transfer simulation for ground heat exchangers with varying heat fluxes

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价