论文部分内容阅读
土壤源热泵系统因其良好的节能性和环保性，成为开发可再生浅层地温能资源的有效技术。但其地埋管换热性能的定量计算一直是困扰该项技术进一步发展的一个难点。本文针对地埋管大部分埋于松散层这一实际情况，以室内物理模型实验为基础，结合数值模拟技术，对多孔介质有无渗流、渗流速度大小、介质温度变化等影响换热性能的因素进行了研究。其中以粗砂为典型砂样进行了实验研究，并用结果对依托COMSOL Multiphysics建立的数值模型进行了率定，而后以所建模型对中砂、细砂、粉砂和粘土等4种土样进行了数值模拟研究。结果表明：（1）在干砂与饱和无渗流条件下，实验砂箱内的温度以加热棒为中心呈对称分布，等温线是一组以加热棒为圆心的同心圆。其中，在干砂实验中，温度变化随距离加热棒的远近呈现出不同的变化规律，在距加热棒0～5cm时温度变化曲线呈“对数型”，5～10cm时呈“S型”，10～20cm时呈“线性”变化规律。饱和无渗流时的温度变化规律随距离的变化不明显，但在不同测点的温度变化幅度明显小于干砂。（2）在渗流条件下，实验砂箱内的温度不再以加热棒为中心对称分布，等温线是一组椭圆。随着渗流速度与介质温度的增加，加热棒上游测点温度变化量逐渐减小，下游测点温度变化量逐渐增大。（3）根据粗砂的实验结果，对基于COMSOL Multiphysics建立的数值模型进行了率定，结果表明，模拟值与实测值的最大相对误差为4.27%，平均相对误差为1.55%，满足精度要求，可用所建模型对其它砂土类型的多孔介质进行数值模拟研究。（4）以所建模型对中砂、细砂、粉砂和粘土的换热规律进行数值模拟研究，结果显示，随着渗流速度的增加，中砂、细砂、粉砂和粘土的温度场变化规律与粗砂的实验结果相类似。在相同渗流速度下，粘土与粉砂的换热效果相差不大，优于中砂，中砂优于细砂。