1 数值模型的建立.doc

U型地埋管换热器的模拟研究 冯加坤1 王劲柏2 1 成都基准方中建筑设计事务所2 华中科技大学环境科学与工程学院 摘要：针对垂直U型地埋管换热模拟时边界条件的设置问题，建立地埋管换热器二维模型，在二维模型的平台上，分别对当量模型土壤导热系数λ值为0.0108、0.022、0.0287等三种情况进行了模拟，达到验证当量模型能够有效代替实际传热模型这一目的。另外还建立了地埋管换热器三维模型并进行模拟验证。结果表明本文建立的地埋管换热器当量模型非常适合应用于长期连续运行系统的模拟计算。 关键词：地埋管换热器土壤导热系数模拟验证 The imulation Study of U-tube Ground Heat Exchange FENG jia-kun1, WANG jin-bo2 1 Chendou Jizhun Fangzhong Architectural Design Associates 2 School of Environmental Science and Engineering, Huazhong University of Scince and Technology Abstract: The establishment of two-dimensional model of ground heat exchanger was set up for the problem of vertical U-tube ground heat exchanger boundary conditions when simulation. On the platform of the two-dimensional model, three cases which are equivalent model of soil thermal conductivity λ was 0.0108, 0.022, 0.0287, were simulated respectively, to verify the equivalent model can replace the actual heat transfer model for this purpose. It also established a three-dimensional ground heat exchanger model and made simulation verification. The results show that the ground heat exchanger equivalent model is very suitable for the system simulation for long-term continuous operation. Key words: ground heat exchanger, soil thermal conductivity, simulation verification 收稿日期：2012-2-12 作者简介：冯加坤（1988~），男，硕士，助工；成都顺城大街301号基准方中建筑设计事务所（610015）；E-mail: fjkxuexi@ 0 引言 地埋管换热器的传热过程极为复杂，国际上现有的地埋管换热器传热模型较多采用纯导热模型，以方便在工程应用中快捷计算。这种算法会带来较大的误差，难以真实反映土壤内部的实际传热过程特点，尤其是短时间内的瞬态特征。三维数值计算传热模型的方法虽然耗时多，但可以避免上述问题，对于关注传热过程细节的理论研究，其适应性很强，是土壤换热器传热分析的重要手段。 课题组之前所建立的模型是用Fluent软件提供的gambit前处理工具建立三维单U管几何模型[1]。这样处理的好处就是只需要计算一个地埋管模型的换热情况，而不是整个换热器系统，可以大大减轻计算强度，节省计算时间。 对于上述模型，其土壤最外层边界条件设置为绝热条件，而对垂直U型管中流体与固体耦合换热进行研究时，假如把土壤最外一层的边界条件设置为绝热条件，这样可以认为各个管井在热泵系统运行时的相互影响几乎没有，但是实际情况中的地埋管换热器与边界之外的土壤肯定存在热量传递现象，所以说，之前所建立的地埋管换热器三维模型土壤边界处理为绝热边界是不合理的，需要进一步完善和修改该模型。 本文运用Fluent仿真手段来模拟新提出的地埋管换热器当量模型的传热情况，以验证换热器的当量模型是否可以有效代替实际的传热模型。 1 数值模型的建立 1.1 几何模型分析 地埋管换热器的布置形式主要有2种[2]：纵向两排管、等间距管群，如图1、图2所示。 图1 纵向两排管布置形式 图2 等间距的管群布置形式 不管是纵向两排管布