竖直U型地埋管换热器热短路现象研究

田伟龙 张朋勇

摘要：本文通过创建地源热泵多U型地埋管换热器模型，利用CFD软件对地埋管换热器在埋管深度、入口流速、入口温度不同时的换热情况进行模拟分析，结果表明在不同工况对的地埋管换热器的热短路情况有所不同，在进行地埋管换热器设计时需要综合考虑各种因素保证换热器有更好的换热效果。

关键词：地源热泵;地埋管换热器;数值模拟;热短路

目前人们对于竖直地埋管换热器的结构研究仍主要集中在單井埋设单U型和双U型管的地埋管换热器，对其它结构形式很少涉及。然而以上两种换热器单井换热量有限，而国内人口密度和建筑密度较大，已经迫切需要充分发挥地源热泵地埋管换热器的换热能力，提高单井换热量，来减小换热器的布置空间。为此，本文提出了单井埋设多组U型管的设想，并对多U型地埋管换热器的热短路现象进行了理论研究[3]，以供参考提出有效方案措施提高地埋管换热器的换热效率。

一、计算模型

（一）模型参数

在地源热泵地埋管换热器工程中，换热器钻井间距一般为4～6m，单井与土壤的换热半径为3m左右，故本文在以3m为界对换热器进行模拟建模，忽略钻井间的热干扰;工程中常用换热器钻井深度为40～200m，直径为100～200mm [1]。故本文采用对钻井深度为120m，直径为200mm的换热器进行建模分析[2]。

（二）求解条件设定

本文采用在冬季工况下，多U型地埋管换热器在运行到稳态时的换热情况进行分析。模拟设置中选择Pressure Based求解器、隐式求解，紊流模型选择标准的k-ε模型，三维稳态计算模式[4]。……