四種樁基埋管換熱器的數值模擬研究

江然然，龔紅衛,2,，管 超，仇進明

1 前言

地源熱泵技術憑其節能、環保和穩定等優點，在國內的應用越來越廣泛［1，2］，而隨著技術的不斷完善，有關學者將地源熱泵系統與建筑樁基相結合，提出一種新型的埋管形式——樁基埋管［3，4］。樁基埋管換熱器通過樁基與大地進行換熱，節省了傳統地埋管前期的鉆孔和泥漿運輸等費用［5］。目前，樁基埋管由于其更高的經濟性和換熱能力，在我國工程應用也越來越廣泛［6］。

由于樁基埋管相對于傳統地埋管而言，其深度有限，有關學者提出了各種埋管形式的樁基埋管［7-9］，如單U型、串聯雙U型、并聯雙U型、雙螺旋型等不同形式的樁基埋管，前3種國內研究相對較多，而雙螺旋型雖然與樁接觸面積最大，但因為施工和建模難度相對較大，研究相關較少［10］。此外，4種樁基埋管在相同情況下換熱量以及進出口壓降等參數之間的區別也鮮少有人研究。

本文通過CFD數值模擬軟件，分別對4種（單U型、串聯雙U型、并聯雙U型、并聯雙螺旋型）樁基埋管換熱器進行模擬研究，通過建立全尺寸三維模型，在控制其他條件不變的前提下，研究不同流速下4種不同埋管形式樁基埋管的單位樁長埋管換熱量、進出口水溫差、周圍土壤溫度、樁身溫度以及進出口壓降等方面的變化規律，進而分析不同埋管形式之間換熱性能，為日后工程推廣提供一定的參考。

2 數值模擬

本文采用FLUENT軟件對4種樁基埋管進行數值模擬，通過控制變量法，控制除了流速外其他參數不變，對比不同流速下，各個參數的變化規律。……