用于大型地埋管换热器传热分析的绝热圆柱域模型

摘要

地源热泵空调系统地埋管换热器由大量均匀分布钻孔换热器组成,其长期运行模拟的分析计算任务量大,为此,基于其地下土壤温度场分布特性和传热特性,提出绝热圆柱域模型,采用分离变量和叠加原理的方法得到土壤温度场和钻孔壁温解析解;采用已被广泛接受的有限长线热源模型和工程实测数据验证绝热圆柱域模型,比较不同负荷条件和钻孔数量时,2种模型计算得到的地埋管换热器20 a运行期内钻孔壁温.研究结果表明:对于大型地埋管换热器,绝热圆柱域模型与有限长线热源模型计算温度结果较一致,且埋管数量越多,误差越小;绝热圆柱域模型尤适用于埋管规模大于30个×30个的大型地源热泵系统的设计计算和分析;绝热圆柱域模型具有计算速度很快的特点,且其计算速度与埋管数量无关;采用绝热圆柱域模型进行埋管数量众多的大型地埋管换热器的设计计算不但具有较高准确度,而且可显著减少计算时间.