钻孔间距和布置形式对地埋管管群传热影响的研究
关于地埋管换热器传热特性的研究的开题报告
关于地埋管换热器传热特性的研究的开题报告题目：地埋管换热器传热特性的研究研究内容：随着人们节能意识的提高，地源热泵系统作为一种新型绿色环保的采暖方式日渐受到人们的关注。
其中，地埋管换热器作为地源热泵系统的核心部件，在实际应用中起着至关重要的作用。
因此，本文将通过实验方法和数值模拟的手段，对地埋管换热器的传热特性展开研究。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 实验研究地埋管换热器的传热特性：通过搭建实验平台，采用温度测量、流量计等方法，探究不同流量、不同管径、不同埋深等因素对地埋管换热器传热性能的影响。
2. 数值模拟地埋管换热器的传热特性：借助ANSYS等软件，建立地埋管换热器的数值模型，并进行热传导、流动分析，探究热流密度、进出口温度等因素对地埋管换热器传热性能的影响。
3. 对比分析实验和数值模拟结果：结合实验和数值模拟结果进行对比分析，并进一步探究地埋管换热器传热性能的规律和优化措施。
研究目的：通过对地埋管换热器传热特性的深入研究，掌握其传热规律和优化措施，为地源热泵系统的设计和应用提供理论支持。
研究意义：地源热泵系统作为一种新型、绿色、环保的采暖方式，具有极大的应用潜力。
而地埋管换热器作为地源热泵系统的核心部件，其传热性能的好坏直接影响系统的效率和节能效果。
因此，研究地埋管换热器传热特性，对于提高地源热泵系统的效率和节能性，具有重要的理论和实践意义。
研究方法：本文将采用实验和数值模拟相结合的方法进行研究。
实验采用水循环系统，通过改变流量、管径、埋深等因素，测量温度、流量等参数，探究地埋管换热器的传热特性。
数值模拟则借助ANSYS等软件，建立地埋管换热器的数值模型，通过热传导、流动分析等方法，探究地埋管换热器传热特性的规律和优化措施。
预期结果：通过实验和数值模拟的研究，本文将得出地埋管换热器传热特性的规律和优化措施，为地源热泵系统的设计和应用提供理论支持。
同时，本研究也将为相关学科领域的深入发展提供有益的参考。
地埋管换热器的钻孔外热阻计算研究
娄
荣等 ： 地 埋管换热器 的钻孔外热 阻计算研究
５ ７
丽 １ ， （
＝
（ ４ ）
一
＝—
：
（ １ ０ ）
以制冷 工况 为 例 ， 钻： ｆ Ｌ ￣ ｌ － 热 阻计算 如式 （ ５ ） ：
式 中： 后 一 场 地 岩 土 介 质 的平 均 导 热 系 数 ；
地远 端 岩土介 质 之 间 的非 稳 态 传 热 过 程 ， 可作 如 下
假 定 ：
（ １ ） 岩土 介 质 各 向 同性 ， 忽 略 热 物 性 参 数 随 温 度 的变化 ， 以及湿 迁移 引起 的热 迁移 ； （ ２ ） 忽略 钻 孔 壁 与 岩 土 介 质 之 间 的热 辐 射 ， 只 考虑 热传 导 ；
＋
ｋ （ ａ
Ｃ
…
￣ ｒ
＋
。
ａ ｙ ‘ ｋ ／
）
式 中： 口 一 热 源单 位体 积 的发热 率 ；
ｃ 一 介 质 的 容 积 比热 容 ；
别为 ： （ ７ ） 工况分 工况一 ： 每天 工作 ８ ｈ ， 停机 １ ６ ｈ ， 即Ｆ ＝１ ／ ３ ， 持
ｊ ． ｝ 一 介 质 的导 热系数 。 热 分 析 的边界 条件 通 常可分 为 两类 ， 分别 为 ： 第 一类 边 界条 件 ， 给定 物体 表面 温度 分布 规律 ，
如式（ ８ ） ：
Ｔ＝ 规律， 如式 （ ９ ） ：
一
， Ｙ ， ｔ ） ， ｔ ＞ ０
（ ８ ）
相 比偏 小 。 从 工 况 一 和 工 况 二 分 析 结 果 可 见 ， 热 阻
有 限元 分析 得 到 的钻 孑 Ｌ 外 热 阻如式 （ １ ０ ） ：
《地埋管换热器传热过程的数值模拟研究》——读书报告
《地埋管换热器传热过程的数值模拟研究》——读书报告地埋管换热器的传热计算研究是地源热泵系统的难点，同时也是地源热泵技术的核心和应用基础。
因此，地源热泵技术的推广应用，关键和难点也就在于对地埋管换热器的传热机理及模型进行分析，建立准确的设计计算方法。
北京工业大学的杨刚杰在前人研究的基础上对模型进行了改进，使其能更精确的模拟地源热泵系统，并且从单管模型延伸到管群模型，对地埋管管群的布置方法进行了讨论研究，最后总结规律提出新的地埋管管长计算方法。
下面简要介绍一下文章中提出的优化后的管群数值模型。
在土壤源热泵系统中，单根地埋管换热器埋入地下深度一般为一百米，随着深度的增加，热泵系统的投资成本也随之几何增长。
但实际工程中单根换热器难以满足负荷需求，因此工程会采用由几十根或者上百根地埋管换热器组成的管群来满足工程要求。
为了保证管群换热器能高效率长期运行，必须要设计出合理的管群配置方式，如埋管深度、埋管数量、埋管间距、埋管排列方式等。
埋管太深会增加工程投资成本，埋管间距太小会造成埋管间热干扰印象长期运行和蓄热能力，埋管间距太大会增大工程需求地面面积。
为了综合考虑各个影响因素提高管群的换热效率，有必要建立地埋管换热器管群模型进行模拟，从而得出优化方案。
实际地源热泵工程中的管群排列方法主要有两种，顺排和叉排，其排列方法分别如图 1 所示。
顺排方法是以 4 根管为最小单位组成的正方形排列，每行每列间距相等；叉排方法是以 3 根管为最小单位组成的正三角形排列，每根管与其相邻管的间距相等。
本文选取顺排图 a)中的 3×3 阵列的正方形区域建立了管群顺排模型，选取叉排图 b)中正六边形区域建立了管群叉排模型。
图1、管群排列示意图在地埋管换热器单管模型基础上，利用 Gambit 软件建立管群模型，并且划分网格，方法与单管模型的方法相同，划分好网格之后的模型图如图2 所示：图2、管群模型的网格划分模拟计算分别采用有地下水渗流和无地下水渗流模型，两模型又分别有叉排和顺排两种排列方法，管群的管间距为 3m。
埋管换热器布置形式对地源热泵系统性能的影响
温室园艺2017-0969确定，U 形管管井的水平间距一般为4.5 m ，有人认为长期间歇运行的地掘热泵垂直埋管间距在3 m 左右较适合；有人建议取热(冬季)时埋管间距取4 m ，放热(夏季)时埋管间距取约5 m ，综合考虑冬夏季工况，U 形管埋地换热器管间距不小于5 m ；有人认为经U 形埋管冬夏长时间运行的测试埋管换热器的影响半径为2.5~3 m ，因此埋管换热器系统的孔间距常在5~6 m(推荐3~6 m)。
埋管深度埋管深度对地埋管地源热泵系统的换热器效率及经济性有很大的影响。
增加埋管深度可以提高单位埋孔换热量及机组性能，节省埋管管群的占地面积，但随埋管深度增加其土间的温差逐渐减小，换热能力逐渐减弱，同时会增大钻井难度及成本，而且对埋管管材的承压能力提出更高的要求；当埋管深度较浅时，埋管难以与土壤进行有效地换热，且占地面积较大，使热泵系统的应用性受到限制。
由于埋管深度对系统运行时埋管换热器的影响半径有一定的影响，因此，设计埋管深度时，应针对具体工程综合考虑当地地质条件、埋管间距及管材选择等因素。
钻孔直径埋管钻孔直径的大小主要受埋管支管间距的影响。
钻孔直径越大，埋管支管间距越大，可以降低进水管与出水管间的热短路现象，有利于增加埋地换热器的换热量。
但同时导致钻孔费用上升，回填材料费用增加。
钻孔直径过小，埋管支管间距减小，两支管间会出现相互换热的现象（热短路现象），导致进出口温差减小，埋地换热器性能降低。
目前我国的实际工程中钻孔直径通常为1l0~150 mm 。
埋管管径在地源热泵系统工程中，埋管换热器最常用的U 形管规格为De25×2.3、De32×3.0、De40×3.7三种。
根据大量工程经验和计算，增大U 形管的管径对埋管换热器的效果影响在5%之内，影响较小，所以选用De25×2.3管比选用De32×3.0、De40×3.7管能取得更大的性能价格比。
信阳高铁站地埋管与桩埋管传热性能研究
信阳高铁站地埋管、桩埋管换热性能与桩基结构热响应研究目录一、国内外地埋管及桩埋管应用现状和发展趋势 (2)二、信阳高铁站应用地埋管与桩埋管的初步设计 (5)三、信阳高铁站应用地埋管的研究方案 (5)3.1 研究目的 (5)3.2 热响应试验孔及测温点的布置 (6)3.3 热响应试验方法及测温方法 (7)3.4 数值模拟方法 (9)四、信阳高铁站应用桩埋管的研究方案 (9)4.1 研究目的 (9)4.1 桩基埋管方法 (9)4.2 温度传感器的埋设方法 (11)4.3 螺旋型桩埋管桩身中应变计及土压力盒埋设方法 (11)4.4 桩埋管热响应试验 (12)4.5 桩埋管数值模拟 (12)信阳高铁站地埋管、桩埋管换热性能与桩基结构热响应研究一、国内外地埋管及桩埋管应用现状和发展趋势地源热泵（Ground-Source Heat Pump，简称GSHP）是利用地球表面浅层岩石、土壤、地下水或地表水中储藏的地温能作为冷、热源进行供热与制冷的空调系统。
地表浅层的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的空调冷热源。
国外资料表明：地源热泵比传统空调系统运行效率高40%～60%，即可节省运行费用40%～60%。
冬天，从地表浅层取热，替代锅炉燃烧供热，没有排放物及废弃物，不需要堆放燃料和废弃物的场地；夏天将建筑空间的热量储存到地下，减小了城市中心用传统空调所产生的热岛效应，且储存的热量可供冬天使用，还可一年四季提供生活热水。
由于其节能和环保的双重效益，地源热泵成为真正的环保型空调。
国际上将其列入21 世纪最有发展前途的50项新技术之一。
信阳市位于河南省南部，东与安徽为邻，南与湖北接壤，左扼两淮，右控江汉，承东启西。
屏蔽中原，素有“三省通衢”之称，从古至今，是江淮河汉之间的战略要地，又是南北经济文化交流的重要通道。
信阳历史悠久，人杰地灵。
信阳是华夏文明的发祥地之一。
信阳地区山水秀丽、气候宜人，素来有“江南北国、北国江南”、“豫南小苏州”之美誉。
地下埋管换热器传热模型的研究现状与发展
理论研究和实验研究 一直 以来都 是地 源热泵 系统 研究 的重点 方 估 系统 的能耗 、 运行 情况 已经 成为 较普 遍 的方 法 ， 相关 的专 业软
随 着 计 算 机 仿 真 技 术 的 发 展 ， 仿 真 的基 础 上 对 于 地 源 热 泵 对 于模 型 的 仿 真 模 拟 而 言 ， 要 地 下 埋 管 换 热 器 仿 真 模 型 具 有 更 在 需 系 统 及 其组 件 进 行 研 究 已经 成 了 目前 非 常 通 用 的研 究 手 段 ， 建 好 的计 算 效 率 和 更 高 的 计 算 精 度 ， 而 满 足 地 源 热 泵 系 统 优 化 设 而 从
行 效 率 也需 要对 地 下 埋 管 换 热 器 的换 热 性 能 等 方 面 进 行 研 究 ， 因 土 壤 温 度 分 布 的计 算 方 法 。 此 对 于 地 下埋 管 换 热 器 传 热 模 型 的 研 究 分 析 已 经 成 为 对 地 源 热 ２ Ｉ Ｓ Ｐ ｐ ｒａｈ 国 际地 源 热 泵 协 会 模 型 ） 是 北 美 确 定 ）Ｇ Ｈ Ａ Ａ ｐｏｃ （ 泵 系 统 进行 研 究 的 热 点 之 一 。 地 下 埋 管 换 热 器 尺 寸 的标 准 方 法 。
下的温度响应并进行传热分析 。 ３ 基 于热 阻的概念 ， ） 求得地下埋 管换热器单 一传热环 节热阻
的 解 析 表 达 式 ， 用叠 加 原 理 处 理 复 杂 的 多 传 热 环 节 。对 于 地 下 利
螺旋埋管换热器 ， 多层 螺旋 埋管的换热情 况可先通 过单层 螺旋埋
并 计 技 术 ， 为 一 种 以 可 再 生 能 源 为 冷 热 源 的 空 调 系 统 ， 源 热 泵 管传热过程进 行分 析 ， 在此 基 础上 采 用叠 加 原理 进行 分 析处 作 地 理 。该 类 方 法 物 理 概 念 清 晰 ， 算 精 度 优 于 或 相 当 于 数 值 模 拟 方 计 系统具有清洁 、 环保 、 节能等诸多优 势 ， 因此 已经广 泛的被应 用于 法， 同时 由于 利 用 叠 加 原 理 并 尽 量 采 用 解 析 解 ， 算 速 度 比 数 值 计 世界各地 。 解 法快 ， 算 量 减 少 ， 可 通 过 实 验 等 手 段 确 定 解 析 解 模 型 的 相 计 还 对 于 地 源 热 泵 系 统 的 研 究 与 应 用 基 本 集 中 在 系 统 中 地 下 埋 关 修 正 系 数 ， 高 模 型 的计 算 精 度 。 提 管 换 热 器 的 传 热 研 究 分 析 、 统 的设 计 方 法 、 装 技 术 以 及 运 行 系 安
地埋管换热器传热分析的参数影响研究
２ 、 基 于规 范的 热 阻计 算
如 前所 述 ， 现 行规 范 中 的热阻 可 分为两 类 ， 其 中钻孔 内热 阻可 分 为三 类 ，
如式（ １ ） 所示 ： Ｒ ＝Ｒ ｒ＋Ｒ。 ＋Ｒ６ （ １ ）
其中 ， Ｒ ｆ 为 传热 介 质 与 Ｕ 形管 内壁 的对 流 换 热 热 阻 ， Ｒ ｐ ｅ 为Ｕ 形 管 管 壁 热 阻， Ｒ ｂ 为钻孔 回填料 的热 阻 。钻 孔外 热 阻可 分为两 类 ， 如式 （ ２ ） 所示 ：
减小 ， 随着 热容 的增 大 而减小 ， 随着 导 热系 数 的增 大 而增 大 ； 地 埋 管换 热 器 在 持续 工作 三个 月 以后 ， 钻 孔外 热 阻在 ３ ｍ・ Ｋ ／ Ｗ以 上 ， 远大 于钻 孑 Ｌ 内热 阻 。
３ ． ２导 热 系数
其 中， Ａ 为 场地 岩 土 介 质 的平 均 导 热 系数 ， ｐ 为 岩 土 介质 的 密度 ， ｃ 为 比热
影 响规 律 。
３ １地埋 管换 热 器布 置 间距 ｄ 的 影 响
规 范 中指 出地 埋 管 问距 为３～６ ｍ， 本 节分 别研 究 ｒ 不 同热 容 及导 热 系 数 下 的地埋 管换 热 器布 置 间距ｄ 对中部 地 埋管 钻 孔外 热 阻 （ 按匕 述 工 况连 续 工作９ ０ 天后 ） 的影 响 关 系 ， 结 果分 别 如 ２ （ 导热 系数 Ａ ＝ Ｉ ． ４ ８ Ｗ／ （ ｍ・ Ｋ ） ） 和同３
岩土 场 地热 物 性参 数 为 地埋 管 的钻 孔 外热 阻 的 主要 影 响 因 素 ，其 中包
了广泛 的应用 。地埋管换热器为地源热泵系统的关键装置， 其换热能力的优 劣直接关系到系统的运行效果 。 我国现行的《 地源热泵系统工程技术规范》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ３ ６ ６ — ２ ０ ０ ５ ） 采用 了以热 阻为 基础 的设 计 方法 。 以钻 孔 壁 为界 ， 涉 及到 的热 阻可 分 为两 部 分 ： 钻孔 内热 阻反 应 了钻 孔 内
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信阳高铁站地埋管、桩埋管换热性能与桩基结构热响应研究目录一、国内外地埋管及桩埋管应用现状和发展趋势 (2)二、信阳高铁站应用地埋管与桩埋管的初步设计 (5)三、信阳高铁站应用地埋管的研究方案 (5)3.1 研究目的 (5)3.2 热响应试验孔及测温点的布置 (6)3.3 热响应试验方法及测温方法 (7)3.4 数值模拟方法 (9)四、信阳高铁站应用桩埋管的研究方案 (9)4.1 研究目的 (9)4.1 桩基埋管方法 (9)4.2 温度传感器的埋设方法 (11)4.3 螺旋型桩埋管桩身中应变计及土压力盒埋设方法 (12)4.4 桩埋管热响应试验 (12)4.5 桩埋管数值模拟 (12)信阳高铁站地埋管、桩埋管换热性能与桩基结构热响应研究一、国内外地埋管及桩埋管应用现状和发展趋势地源热泵（Ground-Source Heat Pump，简称GSHP）是利用地球表面浅层岩石、土壤、地下水或地表水中储藏的地温能作为冷、热源进行供热与制冷的空调系统。
地表浅层的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的空调冷热源。
国外资料表明：地源热泵比传统空调系统运行效率高40%～60%，即可节省运行费用40%～60%。
冬天，从地表浅层取热，替代锅炉燃烧供热，没有排放物及废弃物，不需要堆放燃料和废弃物的场地；夏天将建筑空间的热量储存到地下，减小了城市中心用传统空调所产生的热岛效应，且储存的热量可供冬天使用，还可一年四季提供生活热水。
由于其节能和环保的双重效益，地源热泵成为真正的环保型空调。
国际上将其列入21 世纪最有发展前途的50项新技术之一。
信阳市位于河南省南部，东与安徽为邻，南与湖北接壤，左扼两淮，右控江汉，承东启西。
屏蔽中原，素有“三省通衢”之称，从古至今，是江淮河汉之间的战略要地，又是南北经济文化交流的重要通道。
信阳历史悠久，人杰地灵。
信阳是华夏文明的发祥地之一。
信阳地区山水秀丽、气候宜人，素来有“江南北国、北国江南”、“豫南小苏州”之美誉。
中深层地埋管换热器传热过程对周围岩土体的热影响
专题硏讨暖通空调HV&AC2〇21年第51卷第1期101中深层地埋管换热器传热过程对周围岩土体的热影响山东建筑大学贾林瑞☆崔萍A方亮方肇洪摘要利用传热数值计算模型，分析了不同取热工况下地埋管周围岩土体的温度响应及 变化情况。
给出了热影响半径的定义，研究了不同运行时间和取热负荷下单个钻孔和多个钻 孔埋管对周围岩土体产生的热影响半径。
结果表明，当钻孔深度为2 000 m时.1 750 m处的热 影响半径最大；当采用3X3的钻孔布置形式时.建议钻孔间距大于100 m,名义取热量损失率小于5%。
关键词中深层地埋管换热器套管式换热器热影响半径岩土体名义取热量Thermal effect of heat transfer process of d e e p borehole heat exchangers on surrounding rock an d soilBy Jio Lm rui*, Cui Ping, Fong Liong and Fong ZhoohongAbstract Analyses the temperature response and variation of the rock and soil around the buried pipe under different heating conditions using a numerical heat transfer model. Proposes the definition of the thermal influence radius. Studies the thermal influence radii of single borehole and multiple-borehole buried pipes on the surrounding rcxrk and soil at different running times and heating loads. The study shows that when the borehole depth is 2 000 m, the largest thermal influence radius occurs at the depth of 1750 m.For the deep borehole heat exchangers with 3X3 boreholes, recommends over 100 m of the borehole spacing, and the nominal heat loss rate is less than 5%.Keywords deep borehole heat exchanger, coaxial heat exchanger, thermal influence radius, rock and soil, nominal heat★Shandong Jianzhu University, Jinan. Chinao引言传统的地埋管地源热泵技术采用的钻孔深度 通常为40〜150 m，称之为浅层地热能利用技术.需要足够大的地表区域来布置钻孔.易受到地表面 积的限制。
蓄取热条件下地埋管钻孔适宜间距模拟研究
第１ ２期
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ ＨＥＡＴ
Ｖｏ １ ． ３ ６ Ｎｏ ． １ ２
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ６
２ ０ １ ６年 １ ２月
蓄 取 热 条 件 下 地 埋 管 钻 孔 适 宜 间距 模 拟 研 究
周 婷 ， 颜 丽娟 ， 孙 勇 ， 方修 睦
（ 评 价指 标 为地埋 管换 热 器换 热效 率 、 地 埋 管进 出水 温差 温差 区持 续 时间 ） 进 行 计 算 分析 。热 作 用 半径 １ ． ５ 、 ２ ． ０ ｍ 时， 蓄 热、 取 热 工况 下地埋 管换 热 器具有 良好 的蓄取 热稳 定 性 。蓄热 、 取 热 工 况下 ，
的下 降。为 实现 地埋 管换 热 器 周 围土壤 的热 平 衡 ， 保 证热 泵机 组高 效 运 行 ， 须 在夏 季 利 用 太 阳 能 或其
他 热源 向土 壤补充 热 量 Ｊ 。地埋 管钻 孔 间距 影 响 着 热泵 机组 制热 能 力 、 地 埋 管换 热 器 换 热 效 果 和 占
热作 用半径 为 ２ ． ０ ｍ 的地埋 管换 热 器 具有 更 高的 换 热 效 率且 能保 持 比较 稳 定 且较 大的 进 出水 温
差 。对 于哈 尔滨地 区 ， 钻 孔 的热作 用半 径 宜选取 ２ ． ０ ｒ ｎ ， 即钻孔 间距 宜 为 ４ ． ０ ｒ ｎ 。
关 键词 ： 地埋 管地 源热 泵 ； 钻孔 间距 ； 蓄热 ； 取 热 中图分 类号 ：Ｔ Ｕ ８ ３ ３ ． ３ 文献 标志 码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ０— ４ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ６ ） １ ２— ０ Ａ ０ ５— ０ ５
为：
ｄ ｉ ｖ ｆ ＼ ｇ ｃｒ ａ ｄ Ｌ １ ＋ ｓ
中深层地埋管群的传热分析
中深层地埋管群的传热分析中深层地埋管群的传热分析摘要:在地源热泵和热储能的应用中，多个地埋管换热器通常构成一个集群。
文章提出了一个中深层地埋管群的传热模型，考虑到不均匀的地层及地温梯度，同时摒弃了传统模型中孔壁温度和热流均匀的简化假设，并在数学上证明了叠加原理对该模型是有效的，因此可将中深层地埋管群的三维传热问题分解为多个单孔地埋管的二维传热问题。
在此基础上，提出了一种用于模拟中深层地埋管群内传热的降维算法，该算法具有较高的精度，并使计算效率有数量级的提升。
关键词:地源热泵;地埋管换热器;传热;叠加原理;降维0、引言地埋管地源热泵供热空调系统是以大地为冷、热源，使作为中间介质的热载体在埋设在岩土中的封闭环路中循环流动，与大地进行热量交换，并进而通过热泵实现对建筑物的供热和供冷。
地源热泵技术对建筑节能、CO2减排和防治大气污染都起到了重要作用。
地源热泵供热空调系统由地埋管换热器、热泵主机以及建筑物内的末端系统组成。
地埋管换热器是地埋管地源热泵空调系统区别于其他供热空调系统的最大特点，其中的传热是管内流体与周围岩土之间的换热，可以看作是一种蓄热式换热器［1］。
中深层地埋管技术是近年来在国内外地源热泵领域出现的一种新技术，埋管深度达到数千米［2］。
在地源热泵和蓄热技术的应用中，常常由若干地埋管组成地埋管群。
中深层地埋管换热器的布置方式必须因地制宜，可以是多种多样的，空间尺度为数千米，涉及多个地层，因此其几何条件很复杂。
地埋管换热器中的传热过程又是一个复杂的、非稳态的传热过程，所涉及的时间尺度很长(至少为数月至数年)，特别是由多个地埋管换热器组成的地埋管群中的传热问题都必须按三维问题来考虑。
因此，中深层地埋管换热器传热的研究是地源热泵空调系统的技术难点，同时也是该项技术研究的核心和应用的基础。
地埋管换热器的传热分析方法大体上可以分为两大类，即解析解方法和数值解方法，其各有长处和局限性［3－4］。
解析解方法的基本出发点是研究无限大或半无限大介质中单个钻孔埋管的传热规律，此时地埋管换热器简化为线热源或圆柱面热源，并得到其在恒定热流作用下温度响应的解析解。
中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化陈宏飞，杨富鑫，谭厚章，曹静宇，吴盛源（西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049）摘要：在中深层地热地埋管（DBHE ）供热技术应用中，主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。
为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能，本文基于西安市西咸新区典型地质分布，构建了中深层同轴地埋管管群数值模型，研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。
结果表明，多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因；当地埋管间距从5m 增至25m ，平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%；在西咸新区典型地质条件分布下，地埋管间间距应保持在15m 以上；本文提出的四种管群分布中，地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小，其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。
在工程设计中，中深层地埋管管群应尽可能直线排布，避免重叠排布。
关键词：中深层地热；同轴地埋管；管群；换热；冷堆积中图分类号：TK529 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1241-11Heat transfer performance simulation and optimization of deep boreholeheat exchanger arrayCHEN Hongfei ，YANG Fuxin ，TAN Houzhang ，CAO Jingyu ，WU Shengyuan(MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering, Xi ’an Jiaotong University, Xi ’an 710049, Shaanxi, China)Abstract: In the application of the deep borehole heat exchanger (DBHE), the pipe array is composed of multiple DBHEs and used for the building heating. In order to study the heat transfer performance of the coaxial DBHE array, a numerical model was established based on the typical geological distribution in Xixian New Area. The influence of the distance between the DBHEs and their distribution patterns was investigated on the thermal interaction and the attenuation of outlet-water temperature during the long-term heating period. The results showed that the ‘cold accumulation ’ of rock and soil around the DBHE was the main reason for the decline of the heating capacity of the DBHE array year by year. When the distance between the DBHEs increases from 5m to 25m, the average outlet-water temperature of the DBHE and the heat extraction power increased by 3.86% and 11.5%, respectively. Considering the geological distribution in Xixian New Area, the distance between the DBHEs should be kept above 15m. In the four types of DBHE array distributions (cross, circular, polyline, linear), the straight-line distribution exhibited the smallest attenuation in outlet-water temperature and heat extraction power. The outlet-water temperature of the central DBHE only decreased by 5.74%. In the engineering applications, it is necessary to avoid the overlapping arrangement of DBHEs and ensure that they are arranged in a straight line.研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0501收稿日期：2023-03-31；修改稿日期：2023-08-24。
影响地埋管地源热泵传热特性因素
影响地埋管地源热泵传热特性因素摘要：能源对人类的影响十分重大，是人们生存发展的重要物质基础，在整个人类文明发展历程中扮演着不可或缺的角色。
而随着社会的发展，能源变得越来越少，因此发展可再生能源显得非常紧迫和有必要。
而地热能就是其中的佼佼者。
它无穷无尽且能量巨大。
地热能的来源有三部分1.太阳辐射2.地球内部的熔融岩浆3.放射性物质的衰变。
大多太阳能被土壤所吸收，据有关资料，全球地热能的总量大约为1.45×1026 J，是全球煤炭总量的17000万倍热泵是利用地热能的一种机器，它的产生可以更好的发展地热能，因此研究地源热泵的传热特性有着很好的意义。
关键词：能源地热能可再生能源1课题研究现状孙福杰通过大量工作得出结论：当管内流体流量不变的时候，毛细管换热器进口温度的增加会导致出口温度和单位面积毛细管换热量增加；当运行时间越久，进出口温度越接近；关于地源热泵传热模型的建立吴钟雷也提出了自己的看法：回填材料与土壤之间的传热模型，管内流体与管壁的换热模型组成了地埋管换热模型的两部分。
该模型是非稳态模型，因此可以采用非稳态模型计算。
周世玉提出被Ingersoll和Plass等人于1948年发展的Kelvin线热源理论目前应用得最广。
线热源模型是将地下埋管看作是一个很小的物体，而把岩土假设为无线大物体。
因此模型可以简化为恒定线热源的传热过程，线热源模型忽略了地埋管的具体形式对传热的影响，计算比较简便，而且在实际工程应用中效果较好，所以应用得较多。
方肇洪等学者通过不断钻研，首次在国际上提出有限长线热源非稳态导热的解析解等，该解是通过系列解析解和叠加原理法来计算。
总之目前有很多学者提出了许多模型，在解决不同的问题时需采用不同的模型。
2影响地埋管地源热泵传热特性因素地埋管换热器作为地埋管地源热泵的核心部件之一，土壤结构、流体速度、埋管方式、施工条件等都会影响到它的传热效果。
地质条件的影响土壤的结构十分复杂，里面含有气体，固体，液体。
地埋管换热器井群换热特性的研究
地埋管换热器井群换热特性的研究高晓云;郭春梅;白莹霜【摘要】由于区域供热供冷能源站的建设,土壤源热泵系统规模的扩大,地埋管换热器井群的规模也随之扩大至上千口.现有的对于井群换热特性的研究已不适用于大规模换热器井群.本文总结分析了国内外井群传热模型、井群换热特性、井群区域土壤热平衡的研究现状,提出了对于大规模地埋管换热器换热特性研究的必要性及应研究的内容,以提高地埋管换热器的换热效率,保证地源热泵系统运行的稳定性.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】5页(P75-78,81)【关键词】土壤源热泵;地埋管换热器井群;传热模型;换热特性【作者】高晓云;郭春梅;白莹霜【作者单位】天津城建大学能源与安全工程学院;天津城建大学能源与安全工程学院;天津城建大学能源与安全工程学院【正文语种】中文土壤源热泵是利用土壤的蓄热性能通过介质在封闭的地下埋管换热器中循环流动实现与土壤的热交换，利用土壤能量的新型热泵技术。
由于其绿色、节能、环保的优势，在世界范围内得到了广泛应用。
在我国，土壤源热泵系统在近十年间从示范到普及，工程规模也越来越大，地下换热系统由几百组乃至几千组的地埋管换热器组成。
对于大规模地埋管换热器井群来说，与单井乃至于几十口的小规模井群相比，其换热能力必然有所不同。
地埋管换热器的传热为非稳态传热过程，其传热过程受到土壤热物性、埋管间距、管脚间距、回填材料、土壤初始温度、地下水流动、管内流体物性及流速等诸多因素影响。
目前，关于地埋管传热模型的研究有30余种，按其求解方法分为解析解法、数值解法与解析与数值综合求解法。
但与井群换热特性相关的主要有以下几种。
1）解析解模型IGSHPA（International Ground-source Heat Pump Association）模型是北美计算地下埋管换热器尺寸的标准方法。
此模型以Kelvin的线热源理论为基础，以年最热月和最冷月负荷为计算依据来确定地下埋管的尺寸，并利用BIN能量分析方法计算季节性能系数与能量消耗。
地埋管群换热冷热负荷比和布置形式的影响
地埋管群换热冷热负荷比和布置形式的影响刘斯佳;张山;刁乃仁【摘要】给出竖直地埋管群换热的简化假设及传热模型.以钻孔之间的间距为5 m,埋管深度为100 m,25 m×25 m方形地埋管群布置为例,从第1年夏季开始运行,运行10 a后夏季结束,夏季和冬季分别运行90 d,运行期间机组每天运行24 h,分别模拟冬季单位长度换热量为30 W/m、夏季单位长度换热量为50 W/m时,冷热负荷比分别为1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1时,以及不同的管群布置形式(不同的体形系数)条件下,地下温度场的变化.冬季单位长度换热量为30 W/m,夏季单位长度换热量为50 W/m时,地埋管群区域最高温度超过35℃,平均温度约为24℃左右,钻孔处的平均温度约为38℃,高于标准空调工况的冷却水温度范围,影响换热.随着冷热负荷比的增大,地埋管群区域热量累积越多,负荷热不平衡性表现越明显,越不利于地埋管换热.4种布置形式中,体形系数越小,地埋管群区域的温度升高速度和幅度越大,地下热量堆积越严重.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2019(039)002【总页数】5页(P20-24)【关键词】地源热泵;冷热负荷比;地埋管群;管群布置形式;体形系数【作者】刘斯佳;张山;刁乃仁【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU833+.31 概述利用浅层地热能的地源热泵技术，在我国应用已经十分广泛，其中绝大部分采用竖直埋管系统。
在系统运行过程中，夏季，通过热泵系统将建筑物产生的热量输送给大地，使建筑物的温度降低；冬季，通过热泵系统把从地下吸收的热量输送给建筑物并对其进行供热。
但是在实际生产过程中，尤其是我国北方建筑物夏天的制冷负荷和制冷时间远小于冬天的供暖负荷和供暖时间，南方地区的情况与之相反。
地埋管换热器的传热模型的进展与分析
地埋管换热器的传热模型的进展与分析刘靓侃;李祥立;端木琳【摘要】土壤源热泵研究的核心问题之一就是对于地埋管换热器的传热模型的研究.模型的建立和选择对土壤源热泵和埋管的设计影响重大.本文回顾了国内外不同的地埋管换热器的传热模型及其改进与发展,重点叙述了解析模型的改进,发现目前研究中欠缺对于管群间传热影响的研究,如不同埋管形式、埋管间距之间的热干扰及热堆积等的研究.同时关于土壤特性对于传热的影响的研究不够深入.本文还指出了对于地埋管传热模型的下一步研究重点.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】5页(P35-39)【关键词】土壤源热泵;地埋管换热器;传热模型【作者】刘靓侃;李祥立;端木琳【作者单位】大连理工大学建设工程学部;大连理工大学建设工程学部;大连理工大学建设工程学部【正文语种】中文土壤源热泵系统经过数十年的发展应用，目前已得到广泛的应用，尤其在我国华北和东北南部地区。
与传统空调系统相比，土壤源热泵系统增加了一个地埋管换热系统，因而在设计上有很大的区别。
而地埋管换热器的传热机理和模型的研究对于土壤源热泵的设计计算非常关键，同时也影响着土壤源热泵的推广应用。
地埋管换热器的传热过程为流体介质与土壤之间的换热过程，其物理模型十分复杂，涉及的影响因素也很多，包括钻孔孔径、回填材料、土壤热物性、地下水流动的影响等。
目前学术上研究及应用较多的是针对竖直U型地埋管的传热模型，由于物理模型的复杂性，其数学模型的建立无不进行相应的简化，使计算简便，同时也降低了模型精度。
这些传热模型大致可以分为三类[1]：第一类是利用解析法推导的数学模型，此类模型计算方法简单，且优于纯经验估计的方法，因此目前工程中多利用此类模型，例如Ingersoll模型[2]、IGSHPA模型[3]等；第二类是采用数值解法的传热模型，随着计算机技术的发展以及各种有限元软件的发展，目前成为传热过程中参数分析的重要工具，但是纯数值解法依旧需要耗费大量计算时间，还不适用于工程模拟，经典的数值模型有NWWA模型[4]、Muraya模型[5]等；第三类是在局部利用解析法求解，部分求解采用数值解法，因而在精度和计算速度上都有不错的表现，如Hellstrom的DST模型[6]、Eskilson模型[7]等。
镀锌钢管套管式地埋管换热器换热影响因素研究
镀锌钢管套管式地埋管换热器换热影响因素研究
谢毅伟;胡平放;朱娜;雷飞
【期刊名称】《建筑节能(中英文)》
【年(卷),期】2023(51)1
【摘要】以武汉地区为例,使用TRNSYS软件中PID控制器使镀锌钢管套管式地埋管换热器系统在运行过程中进出水平均温度维持在冬季7.5℃、夏季32.5℃的设定温度,模拟研究钻孔深度、钻孔间距及内管流体流速对套管式埋管换热器换热量的影响。
得到钻孔深度从80 m变化至120 m时,换热器的冬季延米平均换热量变化较小;夏季延米平均换热量呈上升趋势,最高可上升6.6%。
当钻孔间距从3 m增加至6 m,冬、夏季平均延米换热量分别升高2.5%和1.6%。
管内流速从0.03 m/s 变化至0.7 m/s时,换热量逐渐上升并趋于平缓。
将镀锌钢管套管式换热器与两种常规埋管换热器(单U-PE管和双U-PE管)对比,得到镀锌钢管套管式换热器换热效果最好,其冬季延米平均换热量分别高出常规换热器32.6%和28.5%;夏季延米平均换热量高出常规换热器29.6%和25.7%。
【总页数】5页(P104-108)
【作者】谢毅伟;胡平放;朱娜;雷飞
【作者单位】南昌大学工程建设学院;华中科技大学环境科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU83
【相关文献】
1.套管式地埋管换热器换热性能实验研究
2.套管式地埋管换热器热短路及换热性能
3.套管式地埋管换热器的换热影响因素研究
4.套管式地埋管换热器换热能力影响因素分析
5.中深层套管式地埋管换热器换热性能模拟研究
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水平地埋管换热器的传热性能研究的开题报告
水平地埋管换热器的传热性能研究的开题报告
一、研究背景及意义
地下水平埋管换热器是一种利用地下温度和地下水的稳定特性进行空气调节和供暖的设备，具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于建筑物的能源利用及环境保
护领域。
然而，由于地下环境的复杂性和埋管换热器的实际使用情况，其传热性能的
研究仍然存在许多问题和挑战。
因此，对水平地埋管换热器的传热性能进行研究，具
有重要的现实意义和科学价值。
二、研究内容及方法
本文将重点研究水平地埋管换热器的传热性能，包括热传导、热对流和热辐射等方面。
针对埋管换热器与土壤的热交换机制，采用数值模拟、实验测试和理论分析相
结合的方法，分析土壤温度场和流场分布规律，以及埋管换热器内部介质的流动特性
和热传递机制，探究不同设计参数对传热性能的影响，并提出优化设计方案。
三、研究目标和预期成果
本文的研究目标是深入了解水平地埋管换热器的传热性能，发现其优缺点，提出可行的优化方案。
预期成果包括：
1. 确定土壤热物理参数及其变化规律，分析不同设计参数对地下温度分布的影响；
2. 研究埋管内介质流动和传热机制，构建换热模型；
3. 测试不同设计参数下换热器的传热效率和能耗，进行数据分析、建模和优化设计；
4. 提出优化建议和方案，为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
四、研究进展和计划
目前，已对水平地埋管换热器进行了相关文献调研和实地观测，初步了解了其传热机理和应用现状。
下一步，将开展数值模拟和实验测试，探究不同设计参数对传热
性能的影响。
预计在 2021 年 6 月完成论文初稿，2022 年 3 月完成答辩。
地源热泵地埋管随机传热与可靠性理论分析
地源热泵地埋管随机传热与可靠性理论分析摘要：随着地源热泵技术的快速发展，其空调技术在我国的应用也越来越广泛。
地源热泵是一项节能环保且经济效益较高的技术，通过地源热泵技术，相关人员可提取地热资源，从而进行制冷或采暖，这项技术已经在很多发达国家进入了实用阶段。
地埋管换热器的换热功能对地源热泵空调系统的运行效果有着关键的影响，由于我国的地源热泵技术应用处于初始阶段，在地埋管的传热设计还存着一些问题。
本文主要先对地源热泵及其地埋管系统的随机传热特征等进行简述，进而分析其可靠性的指标体系，研究可靠度的计算方法。
关键词：地源热泵；地埋管；随机传热；可靠性理论一、前言现阶段，地源热泵技术在发达国家已经进入了实用阶段，我国还处于实用的开始阶段。
长期以来，由于地源热泵工程人员在设计过程中忽略了岩土的固有随机组成和性质结构，只是通过一些现有的确定性理论来解释相应的传热现象，并将其作为设计依据，从而导致地源热泵的系统换热功能不足等问题的发生。
随着地源热泵技术的发展，现有的确定性传热理论及设计方法已经无法满足当前地源热泵地下埋管系统的理论分析和设计要求，发展新的可靠性理论和研究方法来提高地下换热器设计水平，不仅是发展地源热泵技术的关键，也是提高地源热泵技术节能环保性的需要。
近些年来，管昌生教授已经将一些相关的可靠性理论应用到了地源热泵地埋管系统中，并且提出了地源热泵地埋管工程设计的概念，本文主要在此基础上对地源热泵地埋管的随即传热及可靠性理论进行分析。
二、关于地源热泵1. 地源热泵的概念及组成地源热泵最早由瑞士专家于1912年提出，是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源，从而实现由低品位热能到高品位热能的转移。
地源热泵供暖空调系统主要由室外地能换热系统、地源热泵机组、室内采暖空调末端系统以及控制系统等四个部分组成。
2. 地源热泵的工作原理地源热泵是通过利用地下水、土壤中的水或是地表水与地能进行冷热交换，从而形成地源热泵的冷热源，在冬季时，将地能中的热量取出来供给室内采暖，即为热源；在夏季时，将室内的热量取出来并释放到地下水、土壤或地表水中，从而给室内降温，即为冷源。