地埋管换热器的传热分析方法技术

本发明专利技术涉及地源热泵技术领域，公开了一种地埋管换热器的传热分析方法

【技术实现步骤摘要】
地埋管换热器的传热分析方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及地源热泵
，具体涉及地埋管换热器的传热分析方法
、
装置
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]中深层地埋管地源热泵系统的核心部件是中深层地埋管换热器，换热器管内流体
、
管壁以及土壤侧的传热计算模型是分析系统性能和设计的重要基础工具
。
[0003]目前，中深层地埋管换热器的传热计算模型，无论是数值模型，还是解析解模型，主要是基于管内流体流动的环境下建立的，即管内流体侧水泵运转的情况
。
当水泵停止运行时，现有研究都认为管内流体是静止的，管内流体侧的传热近似成导热形式考虑
。
然而，与浅层地埋管换热器不一样的是，由于深层土壤温度比较高，中深层地埋管换热器管内进出管路的流体温度差异非常大，温差一般
15℃
，甚至更高
。
因此，由于管内流体温差，导致管内流体形成密度差，进一步导致即使水泵不运转，管内流体会产生密度差驱动的“重力循环流动”，或者称为“自然循环流动”。
[0004]由于重力循环流动的产生，即使水泵不运转，管内流体自循环流动会将深层的热量不断传递给浅层，导致中深层地埋管换热器会影响土壤的热恢复能力，比如中深层地埋管换热器的热影响半径会不同
。
当前进行传热分析时，并不会考虑重力循环流动对传热分析结果的影响，导致热影响半径以及土壤热恢复的估算错误
。
专利
技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种地埋管换热器的传热分析方法
、
装置
、
设备及介质，以解决现有在进行中深层地埋管换热器的传热分析时不考虑重力循环流动对传热分析结果的影响，导致热影响半径以及土壤热恢复估算错误的问题
。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种地埋管换热器的传热分析方法，该方法包括：当检测到地埋管换热器的管内流体侧水泵停止运行时，获取地埋管换热器第一管路内流体的第一密度和第二管路内流体的第二密度；基于第一密度和第二密度对预设模型进行求解，得到第一管路内的第一流体流速和第二管路内的第二流体流速，预设模型用于表征第一管路以及第二管路内流体密度与流体流速之间的关联关系；基于第一管路内的第一流体流速和第二管路内的第二流体流速确定地埋管换热器的重力循环流量；将地埋管换热器的重力循环流量输入到传热计算模型中，使得模型输出对应的传热过程信息
。
[0007]本专利技术提供的地埋管换热器的传热分析方法，在检测到地埋管换热器的管内流体侧水泵停止运行时，获取地埋管换热器第一管路内流体的第一密度和第二管路内流体的第二密度，利用第一密度和第二密度对预设模型求解，得到第一管路内的第一流体流速和第二管路内的第二流体流速，基于第一流体流速和第二流体流速确定地埋管换热器的重力循环流量，将重力循环流量输入到传热计算模型中，使得传热计算模型输出对应的传热过程
。
本专利技术提供的方法，地埋管换热器的管内流体侧水泵停止运行时，通过确定地埋管换热器
第一管路和第二管路内的流体流速，基于第一管路和第二管路内的流体流速确定了地埋管换热器的重力循环流量，当进行传热分析时，基于确定的重力循环流量进行传热过程分析，可以更准确地计算热影响半径和土壤的热恢复能力，解决了现有模型管内流体在水泵停止后，传热分析不符合实际管内流体流动传热的问题
。
[0008]在一种可选的实施方式中，预设模型包括质量平衡模型和动量平衡模型；
[0009]质量平衡模型用于表征第一流体流量和第二流体流量之间的关联关系，第一流体流量由第一管路内流体的流速和密度确定，第二流体流量由第二管路内流体的流速和密度确定；
[0010]动量平衡模型用于表征第一管路和第二管路内流体密度差产生的驱动力与第一管路和第二管路内流体流动克服的摩擦力之间的关联关系，流体密度差产生的驱动力由第一管路和第二管路内的流体密度确定，流体流动克服的摩擦力由第一管路和第二管路内流体流速确定
。
[0011]本可选实施方式提供的方法，利用质量平衡模型和动量平衡模型可以更为准确地计算第一管路和第二管路内的流体流速
。
[0012]在一种可选的实施方式中，获取地埋管换热器第一管路内流体的第一密度和第二管路内流体的第二密度的步骤，包括：
[0013]获取第一管路内流体的第一温度以及第二管路内流体的第二温度；
[0014]基于第一温度确定第一管路内流体的第一密度，基于第二温度确定第二管路内流体的第二密度
。
[0015]在一种可选的实施方式中，地埋管换热器为同轴套筒式地埋管换热器，第一管路为外管，第二管路为内管，动量平衡模型为：
[0016][0017]其中，
g
为重力加速度，
f1和
f2分别为第一管路和第二管路的流体流动的沿程阻力系数，
H
为中深层地埋管换热器高度
(m)
，
v1是第一管路的流体平均流速
(m/s)
，
v2是第二管路的流体平均流速
(m/s)
，
ρ1是第一管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
ρ2是第二管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
r1为第一管路的半径，
r2为第二管路的半径
。
[0018]在一种可选的实施方式中，质量平衡模型为：
[0019][0020]其中，
H
为地埋管换热器的高度
(m)
，
v1是第一管路的流体平均流速
(m/s)
，
v2是第二管路的流体平均流速
(m/s)
，
ρ1是第一管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
ρ2是第二管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
r1为第一管路的半径，
r2为第二管路的半径
。
[0021]在一种可选的实施方式中，地埋管换热器为
U
形地埋管换热器，动量平衡模型为：
[0022][0023]其中，
g
为重力加速度，
f1和
f2分别为第一管路和第二管路的流体流动的沿程阻力系数，
H
为中深层地埋管换热器高度
(m)
，
v1是第一管路的流体平均流速
(m/s)
，
v2是第二管路
的流体平均流速
(m/s)
，
ρ1是第一管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
ρ2是第二管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
r
为第一管路和第二管路的半径
。
[0024]在一种可选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种地埋管换热器的传热分析方法，其特征在于，所述方法包括：当检测到地埋管换热器的管内流体侧水泵停止运行时，获取地埋管换热器第一管路内流体的第一密度和第二管路内流体的第二密度；基于所述第一密度和第二密度对预设模型进行求解，得到第一管路内的第一流体流速和第二管路内的第二流体流速，所述预设模型用于表征第一管路以及第二管路内流体密度与流体流速之间的关联关系；基于所述第一管路内的第一流体流速和第二管路内的第二流体流速确定地埋管换热器的重力循环流量；将所述地埋管换热器的重力循环流量输入到传热计算模型中，使得所述模型输出对应的传热过程信息
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设模型包括质量平衡模型和动量平衡模型；所述质量平衡模型用于表征第一流体流量和第二流体流量之间的关联关系，所述第一流体流量由第一管路内流体的流速和密度确定，所述第二流体流量由第二管路内流体的流速和密度确定；所述动量平衡模型用于表征第一管路和第二管路内流体密度差产生的驱动力与第一管路和第二管路内流体流动克服的摩擦力之间的关联关系，所述流体密度差产生的驱动力由第一管路和第二管路内的流体密度确定，所述流体流动克服的摩擦力由第一管路和第二管路内流体流速确定
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取地埋管换热器第一管路内流体的第一密度和第二管路内流体的第二密度的步骤，包括：获取所述第一管路内流体的第一温度以及所述第二管路内流体的第二温度；基于所述第一温度确定所述第一管路内流体的第一密度，基于所述第二温度确定所述第二管路内流体的第二密度
。4.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地埋管换热器为同轴套筒式地埋管换热器，所述第一管路为外管，第二管路为内管，所述动量平衡模型为：其中，
g
为重力加速度，
f1和
f2分别为第一管路和第二管路的流体流动的沿程阻力系数，
H
为中深层地埋管换热器高度
(m)
，
v1是第一管路的流体平均流速
(m/s)
，
v2是第二管路的流体平均流速
(m/s),
ρ1是第一管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
ρ2是第二管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
r2为第一管路的半径，
r2为第二管路的半径
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述质量平衡模型为：其中，
H
为地埋管换热器的高度
(m)
，
v1是第一管路的流体平均流速
(m/s)
，
v2是第二管路的流体平均流速
(m/s),
ρ1是第一管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
ρ2是第二管路的流体平均密度
(kg/m3)
，
r1为第一管路的半径，
r2为第二管路的半径
。6.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地埋管换热器为
U
形...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超辉，刘育策，王梦，金和平，罗惠恒，李德龙，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：