多孔介質(zhì)熱滲耦合實(shí)驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、土壤源熱泵系統(tǒng)因其良好的節(jié)能性和環(huán)保性，成為開發(fā)可再生淺層地溫能資源的有效技術(shù)。但其地埋管換熱性能的定量計(jì)算一直是困擾該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。本文針對(duì)地埋管大部分埋于松散層這一實(shí)際情況，以室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)多孔介質(zhì)有無(wú)滲流、滲流速度大小、介質(zhì)溫度變化等影響換熱性能的因素進(jìn)行了研究。其中以粗砂為典型砂樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并用結(jié)果對(duì)依托COMSOL Multiphysics建立的數(shù)值模型進(jìn)行了率定，而后以所建模

2、型對(duì)中砂、細(xì)砂、粉砂和粘土等4種土樣進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:
　　(1)在干砂與飽和無(wú)滲流條件下，實(shí)驗(yàn)砂箱內(nèi)的溫度以加熱棒為中心呈對(duì)稱分布，等溫線是一組以加熱棒為圓心的同心圓。其中，在干砂實(shí)驗(yàn)中，溫度變化隨距離加熱棒的遠(yuǎn)近呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，在距加熱棒0～5cm時(shí)溫度變化曲線呈“對(duì)數(shù)型”，5～10cm時(shí)呈“S型”，10～20cm時(shí)呈“線性”變化規(guī)律。飽和無(wú)滲流時(shí)的溫度變化規(guī)律隨距離的變化不明顯，但在不同測(cè)點(diǎn)的溫度變化幅度明

3、顯小于干砂。
　　(2)在滲流條件下，實(shí)驗(yàn)砂箱內(nèi)的溫度不再以加熱棒為中心對(duì)稱分布，等溫線是一組橢圓。隨著滲流速度與介質(zhì)溫度的增加，加熱棒上游測(cè)點(diǎn)溫度變化量逐漸減小，下游測(cè)點(diǎn)溫度變化量逐漸增大。
　　(3)根據(jù)粗砂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)基于COMSOL Multiphysics建立的數(shù)值模型進(jìn)行了率定，結(jié)果表明，模擬值與實(shí)測(cè)值的最大相對(duì)誤差為4.27％，平均相對(duì)誤差為1.55％，滿足精度要求，可用所建模型對(duì)其它砂土類型的多孔介質(zhì)進(jìn)行數(shù)