土壤一维热渗传递实验台的研制及模型实验

莫红艳, 贺海洋, 曾召田, 郑 川, 徐云山, 邵捷昇, 付慧丽

(桂林理工大学 a.广西岩土力学与工程重点实验室; b.土木与建筑工程学院, 广西 桂林 541004)

土壤源热泵系统通过地埋管与土壤进行热交换, 管段既经过包气带, 也经过饱水带, 且大部分管段位于饱水带[1]。固、液两相的饱和区(带)中, 地下水的运动以渗流的形式呈现, 并会促进热量的传递。因而, 饱和区土壤热量传递是一个热传导和对流换热并存的传热传质耦合过程。在实际工况下, 合理考虑地下水的渗流作用, 可有效改善地埋管长期运行所产生的热堆积现象, 从而保证地源热泵系统能够长期高效运行[2-3]。国内外学者分别从模型实验、原位实验和数值模拟等方面对渗流条件下地埋管的传热效能进行了大量研究: 曾召田等[4]通过3种土壤的一维热湿传递模型试验探讨了温度梯度和湿度梯度二者共同影响下土壤的热湿迁移效应; 范蕊等[5]建立了可模拟地下水流动的土壤源热泵砂箱实验台, 认为地下水渗流速度是影响土壤换热性能的主要因素; 邵俊鹏等[6]建立了可控渗流条件下的土壤耦合埋管换热实验台, 研究渗流速度对土壤耦合埋管传热特性的影响; Diao等[7]和Molina-Giraldo等[8]都建立了瞬态传热模型, 结果表明随着地下水渗流速度的不断增加, 地埋管周围土壤温度的波动范围越来越大; Chiasson[9]利用二维有限元模型研究了地下水渗流对管群换热的影响; 郝斌等[10]在考虑土壤存在土质分层的实际条……