[發明專利]一種基于阻容模型的地埋管換熱器傳熱計算方法及系統

在審

• 申請號: 202010894737.8
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112016214A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 張旭;職承強;周翔;鄭曉薇;涂書陽;楊秀琴;蘇醒;葉蔚
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 程江濤

1.一種基于阻容模型的地埋管換熱器傳熱計算方法，其特征在于，包括：

獲取各土壤層當前時刻的供水管內流體介質平均溫度、各土壤層上一時刻的回填區計算節點溫度和各區域環上一時刻的巖土體計算節點溫度；所述回填區計算節點溫度包括供水管側貼壁回填區平均溫度、回水管側貼壁回填區平均溫度、供水管側回填區平均溫度和回水管側回填區平均溫度；

計算當前時刻的傳熱熱阻；所述傳熱熱阻包括流體介質與貼壁回填區之間的傳熱熱阻、貼壁回填區與鉆孔壁間的導熱熱阻和巖土體計算節點的導熱熱阻；

由所述各土壤層當前時刻的供水管內流體介質平均溫度、所述各土壤層上一時刻的回填區計算節點溫度、所述各區域環上一時刻的巖土體計算節點溫度和所述當前時刻的傳熱熱阻，計算各土壤層當前時刻的節點溫度和各區域環當前時刻的巖土體計算節點平均溫度；所述節點溫度包括回水管內流體介質平均溫度、供水管側貼壁回填區平均溫度、回水管側貼壁回填區平均溫度、供水管側回填區平均溫度、回水管側回填區平均溫度和鉆孔壁平均溫度。

2.根據權利要求1所述的一種基于阻容模型的地埋管換熱器傳熱計算方法，其特征在于，在所述獲取各土壤層當前時刻的供水管內流體介質平均溫度、各土壤層上一時刻的回填區計算節點溫度和各區域環上一時刻的巖土體計算節點溫度之前，還包括：

將巖土體劃分為鉆孔內區域和鉆孔外區域，并沿深度方向巖土體模型巖深度方向劃分為多層土壤層，沿鉆孔半徑方向將所述鉆孔外區域劃分為多個區域環。

3.根據權利要求1所述的一種基于阻容模型的地埋管換熱器傳熱計算方法，其特征在于，所述計算當前時刻的傳熱熱阻，具體包括：

計算流體介質與埋管內壁面的對流換熱熱阻

其中，λ_f為管內流體的導熱系數；Nu為努謝爾特數；

計算地埋管內壁面和外壁面的導熱熱阻

其中，d_i為地埋管的內徑，d_o為地埋管的外徑，λ_p為地埋管的導熱系數；

計算地埋管外壁面與貼壁回填區的導熱熱阻

其中，d_gi為貼壁回填區的外徑，λ_g為回填區的導熱系數；

由所述流體介質與埋管內壁面的對流換熱熱阻、所述地埋管內壁面和外壁面的導熱熱阻和所述地埋管外壁面與貼壁回填區的導熱熱阻確定當前時刻的流體介質與貼壁回填區之間的傳熱熱阻；

計算當前時刻的貼壁回填區與鉆孔壁間的導熱熱阻

其中，d_b為鉆孔直徑，s為供水管和回水管的間距；

計算當前時刻的巖土體計算節點的導熱熱阻

其中，R(i)為鉆孔外區域第i個區域環當前時刻的巖土體計算節點的導熱熱阻，Δz為每層土壤層的厚度，λ(i)為鉆孔外區域第i個區域環的土壤導熱系數，r_m(i)為鉆孔外區域第i個區域環的重心半徑，r_m(i-1)為鉆孔外區域第i-1個區域環的重心半徑。

4.根據權利要求1所述的一種基于阻容模型的地埋管換熱器傳熱計算方法，其特征在于，所述由所述各土壤層當前時刻的供水管內流體介質平均溫度、所述各土壤層上一時刻的回填區計算節點溫度、所述各區域環上一時刻的巖土體計算節點溫度和所述當前時刻的傳熱熱阻，計算各土壤層當前時刻的節點溫度和各區域環當前時刻的巖土體計算節點平均溫度，具體包括：

由所述各土壤層當前時刻的供水管內流體介質平均溫度、所述各土壤層上一時刻的回填區計算節點溫度、所述各區域環上一時刻的巖土體計算節點溫度和所述當前時刻的傳熱熱阻構建鉆孔內節點方程和鉆孔外土壤體內節點方程；所述鉆孔內節點方程包括兩個流體介質計算節點方程、供水管側貼壁回填區計算節點方程、回水管側貼壁回填區計算節點方程、供水管側回填區計算節點方程、回水管側回填區計算節點方程和鉆孔壁計算節點方程；所述鉆孔外土壤體內節點方程為鉆孔外區域第i個區域環的巖土體計算節點方程；

將所述鉆孔內節點方程和所述鉆孔外土壤體內節點方程聯立，得到各土壤層當前時刻的節點溫度和各區域環當前時刻的巖土體計算節點平均溫度。