渗流对地下换热器能量动态蓄存控制的影响

江 彦，高 青，2，李 明，2，王丽华

（1.吉林大学热能工程系，长春130022；2.吉林大学汽车动态仿真与控制国家重点实验室，长春130022）

20世纪末，岩土蓄能与地源热泵系统的联合应用研究主要集中在地下换热器的强化传热和埋管回填料［1－3］等方面。德国Threringen所建造的土壤蓄热系统蓄热效率为63.64%［4］；瑞典一些地区的商业建筑利用竖直U型管地下换热器进行太阳能地下能量蓄存［5－6］；加拿大和挪威对大型地下埋管蓄能系统也进行了研究［7－8］。中国的河北工业大学、天津大学和哈尔滨工业大学等对太阳能及其他能量的地下蓄存开展一系列研究［9－11］。吉林大学与日本、英国、美国等国开展合作应用示范工作［12－13］，在提高地能利用和强化传热方面进行试验研究。但已有的研究针对地下水流动的地下蓄能研究很少，而岩土是固液气组成的多孔介质，且垂直式地下换热器的埋管都比较深，在蓄能过程中或多或少会受地下水渗流的影响。因此考虑地下蓄能控制模式时，对含湿饱和岩土有地下水渗流时的蓄能控制模式进行研究，分析地下水流动对岩土地下蓄能特征的影响，不仅可以使蓄能控制方式有的放矢，也可以使地下换热器的设计更准确合理，加快地下蓄能与地源热泵应用于实际工程的步伐。为此，本文研究了地下水流动对蓄能的影响，特别是偏置加载控制对蓄能的影响。

1 数学模型

能量在多孔介质中的传热可以看作由导热和对流叠加而成，因此总能量方程由固体传热能量方程和流体传热能量方程相加而成，叠加后的方程形式如下：