中深层地热热泵单孔同轴套管式换热器传热数值分析方法

中深层地热热泵单孔同轴套管式换热器传热数值分析方法附录B单孔同轴套管式换热器传热数值分析方法B.1假设：1）将中深层地热换热器周围的岩土层看作为几个均匀介质的水平地层，并忽略可能的地下水流动的影响，将岩土中传热视为单纯的导热问题。2）数值模拟区域选择在距离埋管中心足够远的地方作为径向边界，该处的温度分布被认为不受中深层地热换热器的影响。3）忽略空气以及岩土层表面的全年温度波动的影响，地面的空气温度被认为是不变的。）通过整个介质的大地热流被认为是恒定的。）管内循环液的热对流是钻孔内轴向传热的主要途径，忽略钻孔内的轴向导热B.2控制方程????????每个岩土层的导热...

附录B单孔同轴套管式换热器传热数值分析方法B.1假设：1）将中深层地热换热器周围的岩土层看作为几个均匀介质的水平地层，并忽略可能的地下水流动的影响，将岩土中传热视为单纯的导热问题。2）数值模拟区域选择在距离埋管中心足够远的地方作为径向边界，该处的温度分布被认为不受中深层地热换热器的影响。3）忽略空气以及岩土层表面的全年温度波动的影响，地面的空气温度被认为是不变的。）通过整个介质的大地热流被认为是恒定的。）管内循环液的热对流是钻孔内轴向传热的主要途径，忽略钻孔内的轴向导热B.2控制方程????????每个岩土层的导热方程可写为：1????1???????????????????????上式中，？?=云?为岩土层的热扩散率，单位m2/s;t为岩土层温度，单位C；t为时间，单位s;r和z为径向长度与竖直方向长度，单位m。在径向采用不同的步长，采用坐标变换。设定一个新的坐标:????=????(??在新坐标下的导热方程写作:在6坐标系当中均匀的步长1????1???????????????????????????+1_△b相当于在r坐标系中步长是按等比级数变化的,??=???????=????上式中B为径向步长放大倍数，即松弛因子。套管内流体温度的控制方程应考虑流体的流动方向。流动方向不同时，方程中对流项前的正负号也随之改变。以下方程中设定z坐标的方向向下流动方式为内进外出（流体从内管流入套管，从两管的夹层中向上流出）时，内管流体的能量方程为：???????1-???2??????=-????????…????上式中tf1与tf2分别为内管流体温度和外管流体温度，单位C；R2为内管管壁热阻及内管内侧对流热阻与内管外侧对流热阻之和，单位K/W；C2为单位长度的内管中流体以及内管管壁的热容量，单位kJ/（Km）;C=Mc指的是循环液的热容流量kJ/（sK）。流动方式为内进外出时外管（两管的夹层）中流体的能量方程为単？??^+??^1+?彈????????…????R1为外管壁以及钻孔内回填料热阻，单位K/W；C1单位长度的外管中流体以及外管管壁的热容量与填充层热容量，单位kJ/（Km）;tb为填充层外壁温度，单位C。流动方式为外进内出时外管流体的能量方程为：其中:??竺=?茲為+??■為????????流动方式为外进内出时内管流体的能量方程为???2?????????1-???2?????????n22Ci=4(dii-d2o)pcn2???2???%…'1???+????p)2????…??oC2=4d2ipc??=i+?????1??=1+?????2為2????!?1?????1kg、kp1和kp2代表回填料、外管和内管的导热系数，单位W/(m2K);rb代表钻孔半径，单位m;di和do管道的内径和外径，单位m；1和h2代表套管外管和内管的对流换热系数，W/(m2K)。B.3初始条件和边界条件岩土中的初始温度分布在径向是均匀的，在深度方向有地温梯度。因为认为大地热流是均匀的，由于不同地质层导热系数会有不同，所以在不同的水平地层中有不同的地温梯度。在任一深度处的地层中的初始地温可以表达为：???鬲(??-??-)??-1???????(??)=??++刀(?？?■???-1)+?????刊???T=0,Hm-1?,??>0在地表的边界上设定第三类边界条件，即假设地表以上的空气温度以及表面对流换热系数ha始终保持不变。????k??????«??-???•z=0,???w???????>0对于内外管中流体温度分布的两个偏微分方程，认为套管中的流体的初始温度与同一水平的岩土温度相同，即初始温度为：???1=???2=???+?????-1???刀冠(？»???-1)+??=1■■?????(??■???-1)T0,???-1W?? 设计计算流程图

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