地源热泵中u型埋管传热过程的数值模拟 - 东南大学学报.pdf

第３７卷第１期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ３７ Ｎｏ１ 　 ２００７年１月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｊａｎ．２００７ 　　　　　　 地源热泵中Ｕ型埋管传热过程的数值模拟 杨卫波　　施明恒 （东南大学能源与环境学院，南京２１００９６） 摘要：以钻孔壁为界将Ｕ型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分，并分别采用稳态与非稳态 传热来分析求解，两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接，以构成完整的埋管传热模型．对于钻孔 以外部分，采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温．钻孔以内部分，在考虑埋管流体温度的 沿程变化及Ｕ型管２支间热干扰的基础上，基于能量平衡建立了钻孔内Ｕ型埋管的稳态传热模 型．用所建Ｕ型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟，得出了埋管出口流 体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵ＣＯＰ随运行时间的变化规律．所建埋管模型可为 地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考． 关键词：地源热泵；Ｕ型埋管；换热特性；数值模拟 中图分类号：ＴＫ１２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２００７）０１００７８０６ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎＵｂｅｎｄｇｒｏｕｎｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｆｇｒｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐ ＹａｎｇＷｅｉｂｏ　　ＳｈｉＭｉｎｇｈｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｇｉｏｎｏｆｖｅｒｔｉｃａｌＵｂｅｎｄｂｕｒｉｅｄｃｏｉｌｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｐａｒｔｓａｔｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｗａｌｌａｎｄｔｈｅｔｗｏｐａｒｔｓａｒｅｃｏｕｐｌｅｄｂｙｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｗａｌｌ．Ｂｏｔｈ ｓｔｅａｄｙａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｓｉｄｅ ａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｏｒｂｏｒｅｈｏｌｅ ｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｈｅａｔｆｌｕｘｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌｃｏｎｓｔａｎｔ ｈｅａｔｆｌｕｘｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｏｕｒｃｅｔｈｅｏｒｙ．Ａｓｆｏｒｔｈｅｒｅｇｉｏｎｉｎｓｉｄｅｂｏｒｅｈｏｌｅ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆ ｆｌｕｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｌｏｎｇｔｈｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｈｅａｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏａｄｊａｃｅｎｔｌｅｇｓ，ａｓｔｅａｄｙｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒｍｏｄｅｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｇｒｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐ（ＧＳＨＰ）ｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｅｘｉｔｉｎｇｆｌｕｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＵｂｅｎｄｂｕｒｉｅｄｃｏｉｌ，ｂｏｒｅｈｏｌｅｗａｌｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ａｂｓｏｒｂｅｄｈｅａｔｆｌｕｘｏｆｂｕｒｉｅｄｃｏｉｌｐｅｒｌｅｎｇｔｈａｎｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰ）ｏｆｈｅａｔｐｕｍｐｗｉｔｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｄｅ