水平spiral型地埋管换热器传热特性的数值模拟及实验验证

基于COMSOL软件建立了水平spiral型地埋管传热三维数值模型,研究了线圈直径、运行模式、土壤类型、地下水渗流以及长期运行工况对其传热特性的影响。结果表明:线圈直径的增大可以提高地埋管总换热量,但会导致单位管长换热量的降低及土壤热影响范围的增大;在以24 h为周期的间歇运行模式下,开启时间越长,地埋管日平均换热量下降幅度越大,水平方向热影响范围越大;从换热性能的角度,岩土最大,黏土最小;但从土壤热影响范围的角度,黏土最小,沙土最大;地下水渗流速度的增加有利于强化地埋管的换热性能,且相对水平方向,竖直方向上的地下水渗流强化换热性能效果更为明显;全年运行工况下,间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,从而可提高水平spiral型地埋管的换热性能,且两种模式在全年运行结束后均不会存在冷热堆积现象。实验验证表明:换热量与土壤过余温度的实验与模拟值吻合较好,其实时误差分别在12.3%、10.4%以内,平均相对误差分别为5.4%、8.1%。