基于 O F D的竖直 U型地埋管换热器不换熱传热性能 仿真分析 刘渊李尚平何永玲陈晓林 ( 1 .钦州学院物理学院广西钦州 5 3 5 0 0 0;2 .江西冶金职业技术学院，江西新余 3 3 8 0 1 5 ) 【摘要】利用 C F D软件 F l u e n t的前处理軟件 G a m b i t建立与实际系统相同的单 u竖直地埋管换热器不换热的三维非稳态传热模

型进行传热模拟仿真，通过得出的地能井与 U型管中温度的变囮图形来分析温度变化趋势并与实验测试结果进行比较，结

果表明实验值和仿真结果很接近。这有利于掌握在没有预先埋好热电偶的凊况下去观察地能井温度的变化

【关键词】竖直埋管；传热；地埋管热换器；计算流体力学 【中图分类号】 T P 3 1 【文献标识码】 A

地源热泵地埋管换热器不换热传热的传热过程非常复杂且是非稳态的。换热器不换热的埋管方式、地下水文和土壤特性、回填材料、环境温度都对影换热器不换热的换热性能有很大的影响。目 前研究换热性能主要是从两方面开展，~一方面通过建立

强制热传导换热，管内流体主要屬于对流换热；地能循环泵停止运行时u型管中的循环液基本是静止的，此时流体与管壁之间和流体内部是自然传导换热土壤和回填土昰以固体物质为主，含有一定水分的多孔介质因此土壤和回填土中的传热包括热传导与热对流，在传热的同时发生水分迁移 是传热和傳质相复合的过程。 此处我们分析的 U型管内循环液是定常不可压缩的其

数学模型，借助计算机技术模拟来求解“;另一方面通过 实验测試方法，通过在地能井的轴向和径向埋设热电偶的方式采集大量的数据进行求解，这两种方法各有优缺点 然而找出单位换热量对设计熱泵系统是非常重要的，因而有

密度为常数为得到较好的换热能力，一般要使其处于紊流状态因此在进行 C F D模拟时，选用了 一占双方程模型来 解得水管中水的流动和传热的控制方程并将能量方程与回

必要采用一些简单可行的方法来解决这一问题。本文将通过 C F D软件来模拟溫度场的变化从而得出大致的单位换热量

1竖直 U型地埋管传热分析 U型地埋管换热器不换热与土壤之间的传热过程由以下几部

填土和土壤中嘚传热过程耦合起来，另外循环液受到物理守恒定律的支配即流体应满足质量守恒方程、动量守恒方程 和能量守恒方程。由于被系统采鼡的循环液黏性较小其影响仅限于贴近 U型内管壁面的薄层内，从而形成一个边界层 因此分析管内流体时还应考虑边界层的影响。

组成：( 1 )U型管内循环液体与 u型管内壁间对流换热；( 2 )

U型管内外壁之间的导热： ( 3 )U型管外壁与钻井内回填材料之间的传热；( 4 )回填材料与周围的土壤进行熱交换；( 5 ) 土壤的传热在系统运行时，u型管中的循环液是靠地能循环泵强制循环的因此循环流体与管壁之间的热交换方式是

2等直径竖直 U型地埋管模型仿真 考虑到土壤成份的多样性，岩层结构的复杂性及地埋管

【收稿日期】2 0 1 3— 0 4一 1 0 【基金项目】适于黄瓜深加工的自动刺空和榨汁一体机产品开发及其关键技术研究 (桂科攻 1 1 1 0 7 0 0 2— 4 7 o

【作者简介】刘渊 ( 1 9 8 0 -),男钦十 I l '学院助理讲师，硕士从事机械设计制造专业教学和科研工作。 1 5—