【摘 要】
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地埋管换热器是土壤源地源热泵系统的重要组成部分。地埋管换热器的传热研究是增强其传热性能的基础,更是提高热泵系统能效比的关键。现有的地埋管换热器传热模型多忽略了由地下含水层空间非均质性而产生的热弥散传热。本文基于前期提出的全时间尺度传热模型（CMLS-MFLS）,提出一种考虑热弥散效应的全尺度传热模型(CMLS-MFLSTD),基于该模型量化分析热弥散传热对单钻孔和钻孔群在恒定单位负荷和波动负荷下的
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地埋管换热器是土壤源地源热泵系统的重要组成部分。地埋管换热器的传热研究是增强其传热性能的基础,更是提高热泵系统能效比的关键。现有的地埋管换热器传热模型多忽略了由地下含水层空间非均质性而产生的热弥散传热。本文基于前期提出的全时间尺度传热模型（CMLS-MFLS）,提出一种考虑热弥散效应的全尺度传热模型(CMLS-MFLSTD),基于该模型量化分析热弥散传热对单钻孔和钻孔群在恒定单位负荷和波动负荷下的影响程度,并对相关影响因素进行探究,为地埋管换热器的优化设计提供理论基础与参考依据。为构建考虑热弥散影响的地埋管换热器全尺度传热模型,在传统传热模型中运用速度一次方模型引入热弥散系数,结合地下含水层的滞止导热系数和热弥散系数评估热弥散传热的影响,全时间尺度则通过同时考虑钻孔内部结构所引起的瞬态传热过程及考虑钻孔边界效应所引起的轴向导热过程体现。模型准确度分别通过不同时间尺度下的数值模型验证。运用该模型,依次针对单钻孔与钻孔群开展基于热弥散的传热分析。研究结果表明:模型所适用的地下水渗流速度范围为1e-8m/s至1e-6m/s。恒定负荷下,热弥散效应主要在中长时间尺度下体现,渗流速度、热弥散度以及孔隙率是影响传热过程的主要因素。地下水渗流速度和热弥散度越大,孔隙率越小,热弥散效应越强。综合考虑三类影响因素,渗流速度对钻孔传热的影响最大,热弥散度次之,孔隙率的影响最弱。对于单钻孔,在本文所研究的参数范围内,恒定负荷下,热弥散可使钻孔稳态传热能力提升6.07%至49.71%;年波动负荷下,结合热弥散影响的传热分析可使地埋管换热器所需管长相较于传统设计有所减少。对于钻孔群,热弥散对上游钻孔传热过程的影响最大,中游次之,下游最小;年波动负荷下,钻孔群中上游位置内的流体温度最接近土壤温度;综合考虑制冷和供暖的运行工况,结合热弥散影响可使上、中、下游地埋管换热器所需管长相较于传统设计依次有所减少,上游管长的缩减量最为明显。
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