最新【精品】范文参考文献专业论文地埋管换热器热扩散半径试验研究地埋管换热器热扩散半径试验研究摘要：地源热泵系统设计的关键参数就是岩土体的热物性参数，包括导热系数、延米换热量等。而系统运行的效果如何则是由地下换热器的性能决定的，本文通过试验确定常规的设计参数，另外着重探讨热扩散半径，以合理确定埋管间距，防止热干扰。关键词：地埋管换热器；热扩散半径；热响应；地埋管间距1、试验方案：1．1试验研究目的（1）确定试验区地层（主要为紫红色泥质砂岩）原始平均地温，平均导热系数，De32PE（高密度聚乙烯）双U形地埋管换热器在加热和制冷工况下单位长度换热量；（2）研究扩散半径随热响应试验时间的增长规律，以确定合理的地埋管换热孔的中心距。1．2试验孔及测温孔布置在试验区域布置试验孔1个，用D1表示，温度监测孔4个，分别用J1、J2、J3、J4表示。试验孔及温度监测孔具体情况见表1。表1.试验孔及温度监测孔具体布置1.3热响应试验方法现场热响应试验采用中国地质大学（武汉）工程学院研制的GP-3型地埋管岩土热响应测试仪。测试仪的组成：膨胀补水排气水箱、循环水泵、流量控制阀、流量传感器、电加热器、进孔温度传感器、三通接头、回水温度传感器、阀门组、供电及数据采集和保存系统等。1.4原始地温测试方法采用中国地质大学（武汉）研制的手持DTC地温监测系统，可实时测量、显示和记录多点（不同地层深度）地温，测试精度达0.06℃，能每分钟自动记录一组（30点）地温数据。1.5热响应试验及地温监测方案（1）在进行热响应试验前，利用D1试验孔内埋设的温度传感器，在钻孔回填48h后连续5天以上测量地温，确定埋管深度范围内的原始地温；（2）D1试验孔（DePE32双U）流速0.4m/s，加热140h；试验过程中每2小时测温一次。试验数据结果分析2.1原始平均地温采用GP-3热响应试验仪对D1试验孔进行测试，结果显示地埋管出水口温度在80分钟后趋于稳定，为18.56℃（如图1）所示。即得该试验区埋管范围内的地层平均初始温度为18.56℃。另外根据D1孔内埋设的温度传感器，获得各个深度处的原始地温（如图2所示）平均值为18.3℃。由于考虑到热响应测试仪工作环境温度与原始地温相差较大，对测试结果有一定的影响，因此建议试验区原始平均地温取为18.3℃。同时由图2可以看出10m埋设的温度传感器在变温层之内，一般认为变温层平均厚度约为15m左右，能吸收太阳辐射热，随太阳热量的昼夜和季节性变化而变化。而15～30m则认为为恒温层，温度常年保持不变。30m以下为增温层，由于地温受地球内部热源的影响而随深度的增加而升高，即用地温梯度和地温级来表示，大陆区一般为2～3℃/100m，用DTC温度监测系统测得的结果与该规律相吻合。2.2热响应试验结果2.2.1试验基本理论地下埋管换热器传热模型较普遍使用的基本理论基础：线热源理论。将线热源理论用于地下埋管换热器的设计计算需要作出以下几个主要的简化假定：①埋管周围大地是初始温度均匀的无限大介质，且其热物性均匀一致，不随温度变化而变化；②忽略轴向(包括地表)的传热，只考虑径向的一维导热；③忽略钻孔的几何尺度而把它近似为轴心上的线热源。采用线热源理论，假定钻孔周围土体传热为纯传导方式。土体为各向同性的均匀物体，当系统以恒定的功率加热时，载热流体平均温度可表示为：（a）用线热源理论，通过试验求土壤的热传导系数，加热功率恒定时，（a）式可简写为：（b）式中（b）式我们可以看出，载热流体的平均温度与加热时间的自然对数成正比，因此只需根据测试结果作出载热流体平均温度与时间对数的关系曲线（理论上应为直线），确定该曲线的斜率k，即可按下式求出土壤的热传导系数。（c）2.2.2试验区导热系数通过以上方法可以求出导热系数λs，它是物质的重要热物性参数，其影响因素主要取决于物质的种类、物态以及温度、密度、湿度等。而对于岩土体而言，其性质复杂，导热系数主要取决于岩土体的种类、工程性质、密实程度、含水量以及地下水的径流状态等诸多因素。由（c式）结合图3得到D1试验区导热系数=1.93w/(m℃)。2.2.3工作状态下的钻孔单位换热量实际工作状况分从钻孔取热和向钻孔释热两种工况。释热制冷工况下：（d）取热制热工况下：（e）其中，―试验工况下流体的平均温度，℃；，―工作工况下流体的平均温度，℃；―加热试验时单位长度钻孔的加热量，W/m；制冷散热工况时，载热流体的进出水温度为35℃/30℃，本试验单位孔深加热量60.6W/m，初始地温为18.3℃，则由（d）式可以得出D1钻孔单位长度散热量为58.30W/m。制热取热工况时，载热流体的进出水温度为6℃/11℃，