【摘 要】
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地热能作为可再生能源环保效益显著,在“双碳政策”支持下地源热泵系统应用越来越多。由于一些地区的气候差异较大,系统运行一段时间后换热区域内可能出现冷热不均的现象,影响地源热泵系统的运行效率。地下渗流可以削弱土壤内冷量或者热量的堆积,有助于土壤的温度恢复,因此在分析地埋管管群模型时应将地下渗流加以考虑。本文首先建立了地下渗流的连续性方程和能量方程,将ILS模型和FLS模型进行改进,利用叠加原理建立双U
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地热能作为可再生能源环保效益显著,在“双碳政策”支持下地源热泵系统应用越来越多。由于一些地区的气候差异较大,系统运行一段时间后换热区域内可能出现冷热不均的现象,影响地源热泵系统的运行效率。地下渗流可以削弱土壤内冷量或者热量的堆积,有助于土壤的温度恢复,因此在分析地埋管管群模型时应将地下渗流加以考虑。本文首先建立了地下渗流的连续性方程和能量方程,将ILS模型和FLS模型进行改进,利用叠加原理建立双U形地埋管管群的分层渗流换热模型。通过岩土热响应试验及岩芯取样,确定某工程项目中不同土质的热物性参数以及土壤的初始温度。其次运用ANSYS软件对地埋管管群的两个换热模型进行数值模拟,并通过实测值验证模型的正确性。在换热区域的水平方向上设置温度监测点,分析地埋管管群在纯导热模型和分层渗流模型下,不同土质中各个土壤温度监测点的差异性。之后研究地埋管管群在不同模型不同土质中轴向土壤温降,以及在热作用范围内土壤温降值的变化规律。通过数值模拟结果,计算出不同模型下地埋管的单位井深换热量,以及在不同土质内角井、边井和中井的进出口水温差随时间变化的规律。研究结果表明,与纯导热模型相比,地下渗流流速在一定范围内流速越大,可以将纯导热模型中地埋管水平和轴向的土壤温度、热作用范围、单位井深换热量以及角井、边井和中井的进出口水温差提升的幅度越大。在此项目中当地下渗流速度为1.4e-5 m/s时,对地埋管管群换热效果的提升最为显著。最后将两个模型中地埋管的计算参数进行优化,通过分析地埋管管群换热的影响因素,确定其水平值和响应值,并利用田口方法设计多组实验方案。根据实验结果确定响应值与三个影响因素之间的关系式,得到各个因素的Delta值以及对响应值的贡献度。经过计算平均信噪比,得到地埋管管群的一组计算参数优化数据,即当回填材料导热系数为2.2W/（m·K）、地埋管埋深为120m、地埋管间距为5.5m时,角井的单位井深换热量比优化前平均提升了16.47%,边井平均提升了17.36%,中井提升了18.37%,与原工程相比地埋管的单位井深换热量得到进一步提升。
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