【摘要】：摸清樁基并聯(lián)雙螺旋型埋管換熱器的傳熱特性是進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、確保其高效運(yùn)行的前提。建立了包含回水立管在內(nèi)的樁基并聯(lián)雙螺旋型埋管換熱器三維動(dòng)態(tài)傳熱的仿真模型,利用其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的仿真復(fù)現(xiàn)及實(shí)心圓柱源熱源模型解析解的對(duì)比驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性。對(duì)樁身和土壤溫度的模擬結(jié)果進(jìn)行了分析,給出了沿管程、樁基內(nèi)部以及周圍土壤的溫度分布。對(duì)連續(xù)和3種間歇運(yùn)行模式下樁基并聯(lián)雙螺旋型埋管換熱器的運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真,揭示了其出口水溫和單位管長(zhǎng)放熱量等性能參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及樁壁和周圍土壤溫度沿樁深和樁徑方向的分布特征,提出了樁壁溫度恢復(fù)百分比指標(biāo),定量評(píng)價(jià)了其在間歇運(yùn)行模式下的溫度恢復(fù)程度。表明了運(yùn)停比越小,樁壁溫度恢復(fù)程度越顯著,但隨著間歇運(yùn)行周期的增加,每一間歇期的溫度恢復(fù)程度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
【圖文】：

化工學(xué)報(bào)第68卷·2732·圖1數(shù)值仿真所涉及的樁基并聯(lián)螺旋型埋管及其周圍土壤計(jì)算區(qū)域的幾何尺寸Fig.1Simulationdomainincludingdoublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundationwithsoilsurrounding(a)layoutofinletandoutletpipesinpile-foundation;(b)doublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundation;(c)profileofcalculateddomain圖23-D仿真區(qū)域及樁基內(nèi)部網(wǎng)格劃分情況Fig.2Gridsgeneratedincalculationdomain外土壤區(qū)采用非結(jié)構(gòu)化六面體/契形網(wǎng)格（Hex/Wedge）中cooper類型和非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格（TetPrimitive）進(jìn)行劃分，采用Sizefunction控制網(wǎng)格由密到疏變化，保證網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如圖2所示，網(wǎng)格數(shù)達(dá)482.4萬(wàn)。對(duì)控制方程離散化之后采用低Reynolds數(shù)法進(jìn)行管內(nèi)紊流換熱和管外導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算。1.3邊界條件設(shè)置三維數(shù)值仿真時(shí)邊界條件設(shè)定情況見表1。表1邊界條件的設(shè)定Table1BoundaryconditionssetforsimulationBoundaryConditionSizeinletventvelocityinlet0.23m·s1outletventoutflow－topofbackfilladiabatic－bottomofbackfillcoupling－soilsurroundingfirstboundarycondition291.89Ktopandbottomofsoilfirstboundarycondition291.89K2數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證2.1與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比為了驗(yàn)證數(shù)值解的準(zhǔn)確性，對(duì)江蘇某工程現(xiàn)場(chǎng)一17m深的樁基并聯(lián)雙螺旋型埋管在冬季排熱工況下連續(xù)運(yùn)行20h的傳熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值仿真。計(jì)算區(qū)域中各介質(zhì)的相關(guān)物性參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值設(shè)定，見表2。螺旋管進(jìn)口的水流速度根據(jù)實(shí)測(cè)流量折算值設(shè)定，進(jìn)口水溫依照實(shí)測(cè)值的逐時(shí)擬合曲線來(lái)設(shè)定。土壤的初始溫度依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)為18.74℃。模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖3所示。表2計(jì)算區(qū)域中各物質(zhì)的物性參數(shù)設(shè)定Table2Physica

化工學(xué)報(bào)第68卷·2732·圖1數(shù)值仿真所涉及的樁基并聯(lián)螺旋型埋管及其周圍土壤計(jì)算區(qū)域的幾何尺寸Fig.1Simulationdomainincludingdoublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundationwithsoilsurrounding(a)layoutofinletandoutletpipesinpile-foundation;(b)doublespiralpipesburiedinparallelinpile-foundation;(c)profileofcalculateddomain圖23-D仿真區(qū)域及樁基內(nèi)部網(wǎng)格劃分情況Fig.2Gridsgeneratedincalculationdomain外土壤區(qū)采用非結(jié)構(gòu)化六面體/契形網(wǎng)格（Hex/Wedge）中cooper類型和非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格（TetPrimitive）進(jìn)行劃分，采用Sizefunction控制網(wǎng)格由密到疏變化，保證網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如圖2所示，網(wǎng)格數(shù)達(dá)482.4萬(wàn)。對(duì)控制方程離散化之后采用低Reynolds數(shù)法進(jìn)行管內(nèi)紊流換熱和管外導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算。1.3邊界條件設(shè)置三維數(shù)值仿真時(shí)邊界條件設(shè)定情況見表1。表1邊界條件的設(shè)定Table1BoundaryconditionssetforsimulationBoundaryConditionSizeinletventvelocityinlet0.23m·s1outletventoutflow－topofbackfilladiabatic－bottomofbackfillcoupling－soilsurroundingfirstboundarycondition291.89Ktopandbottomofsoilfirstboundarycondition291.89K2數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證2.1與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比為了驗(yàn)證數(shù)值解的準(zhǔn)確性，對(duì)江蘇某工程現(xiàn)場(chǎng)一17m深的樁基并聯(lián)雙螺旋型埋管在冬季排熱工況下連續(xù)運(yùn)行20h的傳熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值仿真。計(jì)算區(qū)域中各介質(zhì)的相關(guān)物性參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值設(shè)定，見表2。螺旋管進(jìn)口的水流速度根據(jù)實(shí)測(cè)流量折算值設(shè)定，進(jìn)口水溫依照實(shí)測(cè)值的逐時(shí)擬合曲線來(lái)設(shè)定。土壤的初始溫度依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)為18.74℃。模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖3所示。表2計(jì)算區(qū)域中各物質(zhì)的物性參數(shù)設(shè)定Table2Physica

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2565510