[发明专利]一种基于地质分层的地埋管换热器热阻确定方法

权利要求书

1.一种基于地质分层的地埋管换热器热阻确定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，利用有限元模拟软件，构建地埋管换热器，包括钻孔、回填材料和U型埋管，设置U型埋管一端为进液管，另一端为出液管，划分地埋管换热器所在土壤层，建立基于地质分层的地埋管换热器传热模型，设置地埋管换热器传热模型的结构参数、计算区域、计算时间和边界条件，设置各土壤层及U型埋管的初始条件，并将U型埋管进液管管口设置为地埋管换热器传热模型的温度及压力入口，将U型埋管出液管管口设置为地埋管换热器传热模型的温度及压力出口；

步骤2，基于近管壁加密原则，采用自由四面体非结构化网格对地埋管换热器传热模型计算区域进行网格划分，通过对划分后的网格进行独立性检验，确定网格数量；

步骤3，利用有限体积法将地埋管换热器传热模型的非等温管道流传热方程和固体传热方程离散为差分方程，采用二阶迎风格式求解离散后的差分方程，得到地埋管换热器传热模型的温度场分布情况；

步骤4，根据地埋管换热器传热模型的温度场分布情况，确定地埋管换热器传热模型中U型埋管内部流体温度随U型埋管埋藏深度的变化规律，计算各埋藏深度处U型埋管内部流体的平均温度值以及地埋管换热器钻孔壁的壁面温度；

U型埋管内部流体的平均温度值为：

T_f,i＝(T_in,i+T_out,i)/2 (1)

式中，T_f,i表示埋藏深度i处U型埋管内部流体的平均温度值，单位为K；T_in,i表示埋藏深度i处U型埋管进液管内部流体的温度值，单位为K；T_out,i表示埋藏深度i处U型埋管出液管内部流体的温度值，单位为K；

步骤5，根据地埋管换热器传热模型的温度场分布情况，计算各埋藏深度处地埋管换热器的分层换热量Q_i，如式(2)所示：

Q_i＝cm((T_in,i-T_in,i+1)+(T_out,i+1-T_out,i)) (2)

式中，Q_i表示埋藏深度i处地埋管换热器的分层换热量Q_i，单位为J/s；c表示地埋管换热器U型埋管内部流体的质量热容，单位为J/(kg·K)；m表示地埋管换热器U型埋管内部流体的质量流量，单位为kg/s；T_in,i表示埋藏深度i处U型埋管进液管顶面的流体温度，单位为K；T_in,i+1表示埋藏深度i处U型埋管进液管底面的流体温度，单位为K；T_out,i+1表示埋藏深度i处U型埋管出液管顶面的流体温度，单位为K；T_out,i表示埋藏深度i处U型埋管出液管底面的流体温度，单位为K；

结合各埋藏深度处的土壤层厚度，计算各埋藏深度处地埋管换热器传热模型中地埋管换热器的换热量，如式(3)所示：

式中，q_L,i表示埋藏深度i处地埋管换热器的换热量，单位为W/m；H_i表示埋藏深度i处的土壤层厚度，单位为m；

步骤6，根据各埋藏深度处地埋管换热器的换热量，计算各埋藏深度处地埋管换热器的热阻值，如式(4)所示：

式中，R_b,i表示埋藏深度i处地埋管换热器的热阻值，单位为m·K/W；T_b,i表示埋藏深度i处地埋管换热器钻孔壁的壁面温度，单位为K；

步骤7，通过在埋藏深度方向上对各埋藏深度处的地埋管换热器热阻值进行积分，确定基于地质分层的地埋管换热器热阻值，计算公式如下所示：

式中，R_b表示地埋管换热器的热阻值，单位为m·K/W；R_b,i表示埋藏深度i处地埋管换热器的热阻值，单位为K；H表示地埋管换热器的埋藏深度，单位为m。

2.如权利要求1所述的一种基于地质分层的地埋管换热器热阻确定方法，其特征在于，所述步骤1中，U型埋管由高密度聚乙烯HDPE材料制成。