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专利号: 202010485475X
申请人: 山东建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种U型中深层地埋管换热器换热性能的简化计算方法,其特征是,将U型中深层地埋管换热器整体简化为下降管区域、水平管区域和上升管区域三个区域分别进行计算,每个区域的传热计算为在二维柱坐标系下的非稳态传热计算;在每个区域中,埋管流体与整个区域相比几何尺寸非常细小,因此将埋管流体作为一维流动换热问题计算;管壁、回填材料和保温层采用管壁热阻、回填材料热阻和保温材料热阻来表征对整个系统换热性能的影响。

2.如权利要求1所述的U型中深层地埋管换热器换热性能的简化计算方法,其特征是,所述每个区域的传热计算在二维柱坐标下简化为二维非稳态传热问题,利用有限差分法进行迭代求解,用微分方程表示为:其中τ为时间,单位s;a为热扩散率,单位m2/s;t为温度,单位℃;z为沿各管段轴线的坐标,单位m;r为各管段径向坐标,单位m;

将微分方程离散:

其中t为岩土域温度,单位℃;Br、Bz为系数,P为时间步长数,i、j为节点坐标。

3.如权利要求1所述的U型中深层地埋管换热器换热性能的简化计算方法,其特征是,所述每个区域中埋管流体的计算如下:每个区域中地埋管的计算为一维计算,并利用有限差分法进行计算,定义下降管段中流体下标为1,水平管段中流体下标为2,上升管段中流体下标为3,下降管内流体的能量方程为:水平管内流体的能量方程:

上升管内流体的能量方程:

其中tf1、tf2与tf3分别为下降管、水平管与上升管流体温度,单位℃;tb1、tb2与tb3分别为下降管内壁、水平管内壁与上升管内壁温度,单位℃;x与z为沿管段轴线坐标,单位m;C=m·Cw,单位kJ/(s·℃);m为流体的质量流量,单位kg/s;Cw为流体比热容,单位kJ/(kg·℃);C1、C2和C3分别为各管段单位长度的钻孔换热器内各种材料的热容量之和,单位kJ/(kg·℃);

将微分方程离散后得到节点方程如下:

下降管段流体节点方程:

水平管段流体节点方程:

上升管段流体节点方程:

其中,tf1为下降管流体温度,单位℃;tf2为水平管流体温度,单位℃;tf3为上升管流体温度,单位℃;Bww,Bss,Bw2与Bs2为系数,t为温度,单位℃;P为时间步长数,j为节点坐标。

4.如权利要求1所述的U型中深层地埋管换热器换热性能的简化计算方法,其特征是,所述U型中深层地埋管换热器埋管深度大于等于500m。