【摘 要】
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地下换热器是地源热泵系统的重要组成部分，竖直U型管和双U型管是目前常见的地下换热器形式。本文以双U型管为研究对象，数值模拟其在夏季工况下的单位井深换热量及周围土壤温度
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地下换热器是地源热泵系统的重要组成部分，竖直U型管和双U型管是目前常见的地下换热器形式。本文以双U型管为研究对象，数值模拟其在夏季工况下的单位井深换热量及周围土壤温度场的变化。
本文建立了双U型管的3D真实比例的有限容积数值模型，采用商业CFD软件FLUENT模拟在已知双U型管入口条件的情况下，双U型管的单位井深换热量以及土壤温度场的变化。得出了单位井深换热量随时间的变化规律以及土壤温度场随时间和空间的变化。本文还对双U型管进口参数对于传热量的影响进行了分析，给出了设计地下换热器的推荐流速范围。通过对土壤温度场的分析，本文认为可以采用二维柱热源模型模拟地下换热器周围土壤温度分布。
应用二维柱热源模型，对U型管地下换热器管群的传热进行了数值模拟。本文引入了传热效率的概念，并针对不同钻孔布置形式下的地下换热器管群，数值模拟计算出各个地下换热器的稳态传热效率，讨论了钻孔布置形式对传热效率的影响。对钻孔间距对地下换热器稳态传热效率的影响作了分析，增大钻孔间距有利于提高地下换热器的稳态传热效率，并且位于管群中间位置的地下换热器的稳态传热效率受增大钻孔间距的影响较大，位于管群边缘的地下换热器的稳态传热效率受增大钻孔间距的影响较小。本文对U型和L型布置的管群的总传热量进行了数值计算，比较了这两种布置方式总传热量的差异。针对钻孔成一行排列的管群，计算了在钻孔间距不同的情况下，管群总传热量的变化。对于钻孔成方阵形排列的管群，计算了顺排和叉排两种布置方式的总传热量并进行了对比，并对钻孔间距对顺排布置的方阵管群总换热量的影响进行了讨论。
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