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中深层地埋管换热器变延米解析解传热模型研究与分析

中深层地埋管换热器；瞬时热阻；解析解传热模型

  中深层地埋管换热器热泵供热技术具有占地面积小换热效率高等优点，近年来已逐渐成为我国双碳目标下北方城镇清洁供热可选方案之一。建立适用于工程设计应用的中深层地埋管换热器解析解传热模型是推广及应用该技术的关键所在。本文基于无限长线热源模型，针对中深层地埋管外岩土的传热过程提出了改进的瞬时热阻；同时取消孔壁温度均匀的假设，给出钻孔壁每米换热量的表达式，建立了由钻孔内循环液至远端岩土的整个传热过程的传热一体化模型。利用温度叠加原理及拉普拉斯变换法获得了变延米换热量条件下中深层地埋管换热器流体温度解析解。通过与已有文献对比验证发现该模型具有较高的精度。基于该解析解模型，研究了钻孔深度、地温梯度、岩土导热系数以及循环液流量对地埋管换热器最大换热功率以及出口水温的影响。本文所建立的解析解模型为单孔的中深层地埋管换热器的工程应用提供了很好的设计模拟工具。