[发明专利]渗流-传热-传质-地埋管换热耦合的三维模拟装置及实现方法

权利要求书

1.一种渗流-传热-传质-地埋热管换热耦合模拟实验装置和实现方法，其特征在于具体的组成构件为：

(1)设置一套渗流-传热-传质-地埋热管换热耦合实验装置，由实验土箱、地埋管换热模拟系统、渗流系统、数据采集监测系统组成；其中，实验土箱用于模拟地下岩土体层，U型换热铜管用于模拟地埋管换热器，上、下游水箱所提供的水头差驱动力用来模拟地下水渗流，整套实验系统可较好地模拟地埋热管换热过程中温度场、湿度场、渗流场共同作用下的多场耦合环境，并实时监测和采集实验数据。

(2)实验土箱是由耐候、耐酸碱性能好、抗冲击力强的亚克力板(20mm厚)加工而成，设计使用温度为80℃，设计承重为20吨。为确保实验箱体的稳固性，另可用不锈钢框架对箱体周围进行整体加固。实验土箱内部高为1600mm，截面长×宽尺寸为1200mm×1200mm。

(3)地埋管换热模拟系统主要由U型换热铜管、PVC管和恒温循环水箱组成。U型换热铜管由T2紫铜的锻件加工而成，可利用U型换热铜管与土层进行热交换。恒温循环水箱主要是提供恒定的冷热源，从而模拟地源热泵运行过程中的冷热负荷。恒温循环水箱具有稳定的内、外循环和高精度的智能控温装置，可精确调节循环水的温度，控温精度为±0.05℃。PVC管是用于连接U型换热铜管和恒温循环水箱，从而形成闭合的回路。为避免循环水流经PVC管时发生热量损失，该部分需进行保温处理，即需在PVC管外包裹上保温材料。换热铜管的内、外径分别为16mm，外径19mm，两支管中心间距为40mm。

(4)渗流系统可为实验土箱提供全区域和非全区域渗流场，渗流场可利用实验土箱两侧的上、下游水箱或者高、低位水箱所控制的水头差来直接控制。上、下水箱箱体内尺寸(长×宽×高)均为1.2×0.2×1.6m，位于实验土箱左右两侧，与土箱连成一体。高、低位水箱箱体内尺寸(长×宽×高)为0.4×0.4×0.6m，由2cm厚亚克力板制作而成，并在箱体外部包有保温材料，可分别向上、下游水箱提供恒定温度的渗流进水。

(5)数据采集系统包括温度测量装置、水分测量装置、流量测量装置等，可实时监测并采集实验装置的所有数据。