[发明专利]一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法及系统

权利要求书

1.一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法，其特征在于，包括：

获取各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度和各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度；所述回填区计算节点温度包括供水管侧贴壁回填区平均温度、回水管侧贴壁回填区平均温度、供水管侧回填区平均温度和回水管侧回填区平均温度；

计算当前时刻的传热热阻；所述传热热阻包括流体介质与贴壁回填区之间的传热热阻、贴壁回填区与钻孔壁间的导热热阻和岩土体计算节点的导热热阻；

由所述各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、所述各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度、所述各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度和所述当前时刻的传热热阻，计算各土壤层当前时刻的节点温度和各区域环当前时刻的岩土体计算节点平均温度；所述节点温度包括回水管内流体介质平均温度、供水管侧贴壁回填区平均温度、回水管侧贴壁回填区平均温度、供水管侧回填区平均温度、回水管侧回填区平均温度和钻孔壁平均温度。

2.根据权利要求1所述的一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法，其特征在于，在所述获取各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度和各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度之前，还包括：

将岩土体划分为钻孔内区域和钻孔外区域，并沿深度方向岩土体模型岩深度方向划分为多层土壤层，沿钻孔半径方向将所述钻孔外区域划分为多个区域环。

3.根据权利要求1所述的一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法，其特征在于，所述计算当前时刻的传热热阻，具体包括：

计算流体介质与埋管内壁面的对流换热热阻

其中，λ_f为管内流体的导热系数；Nu为努谢尔特数；

计算地埋管内壁面和外壁面的导热热阻

其中，d_i为地埋管的内径，d_o为地埋管的外径，λ_p为地埋管的导热系数；

计算地埋管外壁面与贴壁回填区的导热热阻

其中，d_gi为贴壁回填区的外径，λ_g为回填区的导热系数；

由所述流体介质与埋管内壁面的对流换热热阻、所述地埋管内壁面和外壁面的导热热阻和所述地埋管外壁面与贴壁回填区的导热热阻确定当前时刻的流体介质与贴壁回填区之间的传热热阻；

计算当前时刻的贴壁回填区与钻孔壁间的导热热阻

其中，d_b为钻孔直径，s为供水管和回水管的间距；

计算当前时刻的岩土体计算节点的导热热阻

其中，R(i)为钻孔外区域第i个区域环当前时刻的岩土体计算节点的导热热阻，Δz为每层土壤层的厚度，λ(i)为钻孔外区域第i个区域环的土壤导热系数，r_m(i)为钻孔外区域第i个区域环的重心半径，r_m(i-1)为钻孔外区域第i-1个区域环的重心半径。

4.根据权利要求1所述的一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法，其特征在于，所述由所述各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、所述各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度、所述各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度和所述当前时刻的传热热阻，计算各土壤层当前时刻的节点温度和各区域环当前时刻的岩土体计算节点平均温度，具体包括：

由所述各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、所述各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度、所述各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度和所述当前时刻的传热热阻构建钻孔内节点方程和钻孔外土壤体内节点方程；所述钻孔内节点方程包括两个流体介质计算节点方程、供水管侧贴壁回填区计算节点方程、回水管侧贴壁回填区计算节点方程、供水管侧回填区计算节点方程、回水管侧回填区计算节点方程和钻孔壁计算节点方程；所述钻孔外土壤体内节点方程为钻孔外区域第i个区域环的岩土体计算节点方程；

将所述钻孔内节点方程和所述钻孔外土壤体内节点方程联立，得到各土壤层当前时刻的节点温度和各区域环当前时刻的岩土体计算节点平均温度。