本發(fā)明涉及u型管地埋管換熱器,特別是涉及一種基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法。
背景技術(shù):
1、在過去的幾十年里,清潔和可再生能源引起了全世界的關(guān)注。建筑約占總能耗的40%,因此節(jié)能潛力巨大。為了節(jié)約能源,地源熱泵系統(tǒng)(gshp)提供了一個很好的解決方案,因?yàn)樗哂懈吣苄А⒐?jié)能潛力和環(huán)境可持續(xù)性的獨(dú)特特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比,gshp系統(tǒng)可為建筑供冷供熱節(jié)能50%以上。地面換熱器(ghe)作為gshp系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,對整個系統(tǒng)的熱性能影響很大。因此,由于各國政府的政策和資金支持,利用地?zé)崮艿膅he得到了世界各國的關(guān)注和迅速發(fā)展。
2、為了預(yù)測ghe內(nèi)部沿深度的流體溫度,流體傳熱模型也很重要,因?yàn)檫M(jìn)出口溫度直接關(guān)系到熱效率評價和實(shí)際工程設(shè)計(jì)。ghe流體模型從最初由bose等人提出的一維模型發(fā)展到hellstrom等人提出的二維模型,再到zeng等人根據(jù)u形管的傳熱機(jī)理推導(dǎo)出的準(zhǔn)三維模型。井眼準(zhǔn)三維模型可以計(jì)算循環(huán)流體沿深度的溫度變化。因此,這種準(zhǔn)三維流體模型可以分析井眼內(nèi)管道之間的熱干擾,特別是與以前的二維模型相比。然而,該3d模型仍然假設(shè)井眼壁溫度與井眼深度無關(guān)。對于淺層ghe,可以將初始地溫均勻處理,井溫恒定處理。然而,對于中淺ghe,由于地下熱流的影響,井壁溫度和單位長度米換熱量在深度上差異較大,以往的ghe模型的應(yīng)用會產(chǎn)生較大的誤差。因此,迫切需要建立一個考慮井壁溫度沿深度方向變化的垂直ughes解析模型。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明解決當(dāng)前ghe模型因未考慮井壁溫度,導(dǎo)致應(yīng)用會產(chǎn)生較大的誤差的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了如下方案:
3、一種基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的井壁溫度預(yù)測方法,在鉆井孔內(nèi)平行立式放置兩個串聯(lián)的u型管,分別為管a和管b,管a下降管、管a上升管、管b上升管和管b下降管的管口圓心連線構(gòu)成菱形,所述管a下降管與管b下降管在菱形中相鄰,所述管a下降管與管b上升管在菱形中相對;
4、具體方法步驟包括:
5、s1.獲取管a下降管、管a上升管、管b上升管和管b下降管地面處的溫度;
6、獲取管a下降管與鉆孔壁之間的熱阻、管a下降管和管a上升管之間的熱阻以及管a下降管和管b上升管之間的熱阻;
7、s2.將s1中獲取的數(shù)值進(jìn)行無量綱化,得到管a下降管地面處的無量綱溫度、管a上升管地面處的無量綱溫度、管b上升管地面處的無量綱溫度和管b下降管地面處的無量綱溫度;
8、得到管a下降管與鉆孔壁之間的無量綱熱阻、管a下降管和管a上升管之間的無量綱熱阻以及管a下降管和管b上升管之間的無量綱熱阻;
9、s3.將無量綱數(shù)據(jù)代入模型計(jì)算得到u型管的無量綱溫度分布,計(jì)算模型如下:
10、
11、其中z為鉆井孔無量綱深度;
12、為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);
13、為深度為z處的鉆孔壁無量綱溫度;
14、s4.通過得到的u型管的無量綱溫度分布、、和計(jì)算預(yù)測管內(nèi)流體的溫度。
15、作為一種優(yōu)選方案,所述模型為能量平衡模型通過拉普拉斯變換建立;
16、所述能量平衡方程式為:
17、
18、式中z為鉆井孔深度,c為恒壓下流體的比熱容,m為u型管中流體的質(zhì)量流量,為管a下降管沿深度的溫度分布,為管a上升管沿深度的溫度分布,為管b上升管沿深度的溫度分布,為管b下降管沿深度的溫度分布;為管a下降管內(nèi)流體至鉆孔孔壁的傳熱熱阻;為管a下降管和管a上升管間的傳熱熱阻,管a下降管和管b上升管間的傳熱熱阻。
19、作為一種優(yōu)選方案,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
20、。
21、作為一種優(yōu)選方案,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
22、
23、作為一種優(yōu)選方案,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
24、
25、進(jìn)一步地,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
26、
27、作為一種優(yōu)選方案,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
28、
29、進(jìn)一步地,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
30、
31、作為一種優(yōu)選方案,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
32、
33、作為一種優(yōu)選方案,根據(jù)所述模型繪制不同參數(shù)下的u型管內(nèi)循環(huán)流體溫度曲線分布圖,以分析不同參數(shù)對u型管地埋管換熱器的傳熱性能的影響。
34、本發(fā)明的有益效果在于:
35、本發(fā)明實(shí)施例考慮了管內(nèi)流體溫度沿深度的不均勻分布,建立了u型管地埋管換熱器預(yù)測模型,實(shí)現(xiàn)了在考慮管內(nèi)流體溫度隨著深度方向變化的情況下的u型管內(nèi)循環(huán)流體溫度分布。
1.一種基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,在鉆井孔內(nèi)平行立式放置兩個串聯(lián)的u型管,分別為管a和管b,管a下降管(1)、管a上升管(2)、管b上升管(3)和管b下降管(4)的管口圓心連線構(gòu)成菱形,所述管a下降管(1)與管b下降管(4)在菱形中相鄰,所述管a下降管(1)與管b上升管(3)在菱形中相對;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述模型為能量平衡模型通過拉普拉斯變換建立;
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,所述經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可通過以下公式計(jì)算得出:
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙u型管立式中深地?zé)峤粨Q器流體模型的管內(nèi)流體的溫度預(yù)測方法,其特征在于,根據(jù)所述模型繪制不同參數(shù)下的u型管內(nèi)循環(huán)流體溫度曲線分布圖,以分析不同參數(shù)對u型管地埋管換熱器的傳熱性能的影響。