[发明专利]一种模拟竖直地埋管换热器周围土壤环境的装置

说明书

一种模拟竖直地埋管换热器周围土壤环境的装置，涉及一种模拟地埋管换热器周围土壤环境的装置。本发明是要解决现有的模拟竖直地埋管换热器周围土壤环境的装置没有考虑土壤分层作用，造成设计结果与实际结果偏差较大，影响土壤源热泵系统运行性能和系统初期投资的技术问题。本发明的地埋管换热器穿越不同的土壤样本，同时考虑非饱和土壤与饱和土壤对地埋管换热器传热性能的影响。本发明为了保证饱和土壤层内径向截面上水流的均匀性，本发明装置不考虑重力作用。本发明装置中的土壤采取竖向分层布置方式，饱和土壤层中水渗流动力由水的重力产生。本发明应用于土壤源热泵领域中。

技术领域

本发明涉及一种模拟地埋管换热器周围土壤环境的装置。

背景技术

土壤源热泵竖直地埋管换热器通常埋置深度较深，直接在实际工程中研究地埋管非饱和土温湿度场和饱和土壤层内渗流水的渗流速度对地埋管传热效率的影响难度较大。因此需要采用实验研究的方法搭建实验台进行模拟，但是现有的实验台模拟装置的建立没有考虑土壤分层作用，而实际工程中地埋管的埋置深度一般为50m～200m，通常会跨越不同的地质层(如饱和与非饱和地质层)，即有一部分地埋管换热器位于无渗流区(也称非饱和土壤区或包气带)，另外一部分地埋管换热器位于地下水位以下(也称饱和土壤区或饱水带)。对于位于非饱和土壤区的部分地埋管换热器而言，其与周围土壤的传热是一个在土水势梯度和温度梯度共同作用下以及热量传递和水分迁移相互耦合作用下的复杂传热传质过程。而对于位于饱和土壤区部分的地埋管换热器而言，其与周围土壤的传热是一个在水力梯度和温度梯度共同作用下的热传导和对流换热相互耦合的传热过程。对于实际工程中土壤源热泵系统的竖直地埋管换热器而言，如果不考虑土壤分层作用，会造成设计结果与实际结果偏差较大，影响土壤源热泵系统运行性能和系统初期投资。

发明内容

本发明是要解决现有的模拟竖直地埋管换热器周围土壤环境的装置没有考虑土壤分层作用，造成设计结果与实际结果偏差较大，影响土壤源热泵系统运行性能和系统初期投资的技术问题，而提供一种模拟竖直地埋管换热器周围土壤环境的装置。

本发明的模拟竖直地埋管换热器周围土壤环境的装置是由箱体1、承重板2、承压板3、纱窗4、第一阀门5、隔板6、第一U形管7、第一温度传感器8、第二U形管9、温湿度自记仪10、第二温度传感器11、第一进水管12、第二进水管13、回水管14、第一恒温水浴锅15、水箱16、第二恒温水浴锅17、第三进水管18、第二阀门19、第四进水管20、第一流量计21、第三阀门22、第四阀门23、第二流量计24、第三流量计25、第五阀门26、非饱和土壤27、饱和土壤28、第五进水管29、第六进水管30、第七进水管31、第三温度传感器32和计算机组成；

所述的箱体1是由四个侧壁和底面围合而成，顶端为敞口结构，底面上设置一个第一排水孔1-1；在箱体1的相对的两个内壁上设置两组向内凸起的安装槽组，分别为内壁第一安装槽组1-9和内壁第二安装槽组1-8，每个安装槽组是由两个相对的安装槽组成，且每个安装槽设置在所在内壁的长度上的三等分点上，在其中一个内壁的两组安装槽组之间的区域布置第一通孔1-10，内壁第一安装槽组1-9和内壁第二安装槽组1-8的顶部均与箱体1的顶部等高；与第一通孔1-10垂直的一个侧壁的右上方区域的中心处布置两个等高的第二通孔1-4，左下方区域的中心处布置两个等高的第三通孔1-5，右下方区域的中心处布置一个第四通孔1-3，左上方区域的中心处布置一个第五通孔1-2；与第四通孔1-3所在侧壁相对的侧壁的左上方区域的中心处布置一个第六通孔1-7，右下方区域的中心处布置一个第七通孔1-6；

所述的承重板2的底面中部设置凹槽2-1，所述的承重板2竖直固定在箱体1的内部底面的一个中线上，承重板2与第一排水孔1-1相错布置；第一安装槽组1-9和内壁第二安装槽组1-8的底面与承重板2的上表面紧密贴合且密封；