一種集群豎埋管地?zé)釗Q熱器傳熱簡(jiǎn)化分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種集群豎埋管地?zé)釗Q熱器傳熱簡(jiǎn)化分析方法，它是通過(guò)分析埋管區(qū)域地下溫度場(chǎng)變化規(guī)律，劃分特征區(qū)域，針對(duì)各特征區(qū)域選擇代表性埋管重新組合形成代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器，并針對(duì)代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器進(jìn)行傳熱分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)束后，利用埋管換熱量和巖土溫度場(chǎng)變化的周期性和對(duì)稱性將計(jì)算結(jié)果還原至實(shí)際集群豎埋管地?zé)釗Q熱器。利用代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器得到的計(jì)算結(jié)果還可以推廣至地質(zhì)條件、埋管深度、鉆孔直徑、回填材料、單個(gè)埋管承擔(dān)負(fù)荷等條件相同，且埋管行數(shù)和列數(shù)不少于集群豎埋管地?zé)釗Q熱器行數(shù)和列數(shù)的任意集群豎埋管地?zé)釗Q熱器。利用該方法可以在保證傳熱分析結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，顯著減少計(jì)算工作量。
【專利說(shuō)明】一種集群豎埋管地?zé)釗Q熱器傳熱簡(jiǎn)化分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地源熱泵的地?zé)釗Q熱器傳熱分析方法，具體涉及簡(jiǎn)化分析集群豎埋管地?zé)釗Q熱器傳熱的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種可再生能源技術(shù)，地源熱泵技術(shù)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。地?zé)釗Q熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分且初投資高，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接決定地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行的埋管群地?zé)釗Q熱器，通常基于建立的單孔埋管傳熱模型，采用線性疊加原理進(jìn)行傳熱分析。目前主要采用線熱源模型、圓柱面(或體)模型、數(shù)值方法進(jìn)行分析計(jì)算。然而大型地源熱泵系統(tǒng)中的大集群豎埋管地?zé)釗Q熱器由于埋管數(shù)量眾多，導(dǎo)致計(jì)算量極大，不僅需要計(jì)算機(jī)硬件配置高，計(jì)算時(shí)間也大大加長(zhǎng)，解析解的計(jì)算往往需要數(shù)小時(shí)，而數(shù)值解更需要數(shù)天或者數(shù)周的時(shí)間。另外，大量的計(jì)算過(guò)程或者上千萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)也會(huì)超出計(jì)算機(jī)內(nèi)存的允許計(jì)算量，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)癱瘓，無(wú)法計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)外尚缺少有效的大集群埋管地?zé)釗Q熱器傳熱簡(jiǎn)化分析和計(jì)算方法

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)化分析計(jì)算方法，能夠在保證足夠準(zhǔn)確性的前提下，使大集群埋管地?zé)釗Q熱器傳熱分析計(jì)算工作量顯著降低。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明有如下技術(shù)方案:
[0005]一種集群豎埋管地?zé)釗Q熱器傳熱簡(jiǎn)化分析方法，包括以下步驟:
[0006]I)通過(guò)分析埋管區(qū)域地下溫度場(chǎng)變化規(guī)律，按各埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)變化的相似性劃分特征區(qū)域；
[0007]2)針對(duì)各特征區(qū)域，利用溫度變化的周期性和對(duì)稱性，將該區(qū)域內(nèi)埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)變化一致的埋管群用一個(gè)或數(shù)個(gè)埋管代替，作為代表性埋管；
[0008]3)將各特征區(qū)域代表性埋管重新組合形成新的集群豎埋管地?zé)釗Q熱器-代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器；
[0009]4)針對(duì)代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器進(jìn)行傳熱分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)束后，利用埋管換熱量和巖土溫度場(chǎng)變化的周期性和對(duì)稱性將計(jì)算結(jié)果還原至實(shí)際集群豎埋管地?zé)釗Q熱器?；蛘?，利用代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器得到的計(jì)算結(jié)果應(yīng)用至地質(zhì)條件、鉆孔直徑、回填材料、埋管深度、埋管間距、單個(gè)埋管承擔(dān)負(fù)荷等條件相同，且埋管行數(shù)不少于集群豎埋管地?zé)釗Q熱器行數(shù)，以及列數(shù)不少于集群豎埋管地?zé)釗Q熱器列數(shù)的任意集群豎埋管地?zé)釗Q熱器。
[0010]由于采取了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]能夠在保證足夠準(zhǔn)確性的前提下，使集群埋管地?zé)釗Q熱器，特別是大集群埋管地?zé)釗Q熱器傳熱分析計(jì)算工作量顯著降低?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為集群埋管地?zé)釗Q熱器埋管布置及周邊土壤溫度場(chǎng)分布示意圖；
[0013]圖2為標(biāo)出擬忽略計(jì)算區(qū)域的集群埋管地?zé)釗Q熱器埋管布置及周邊土壤溫度場(chǎng)分布示意圖；
[0014]圖3為簡(jiǎn)化后的代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器埋管布置及周邊土壤溫度場(chǎng)分布示意圖。
[0015]圖4為集群埋管地?zé)釗Q熱器埋管布置及周邊土壤溫度場(chǎng)分布示意圖。
[0016]圖中:1、埋管2、特征分區(qū)劃分線3、一個(gè)特征分區(qū)
[0017]4、擬忽略計(jì)算區(qū)域
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下實(shí)施用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0019]參見(jiàn)圖1?4，
[0020]圖1所示為一個(gè)呈8X8矩陣排列的64個(gè)豎埋管(深100米)的地?zé)釗Q熱器經(jīng)過(guò)16年運(yùn)行后，地下50米水平方向溫度場(chǎng)分布。圖1顯示埋管區(qū)域的溫度場(chǎng)變化呈明顯的周期性變化。根據(jù)各埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)相似性，可將地?zé)釗Q熱器劃分為9個(gè)特征分區(qū)(圖1中用虛線予以分割)。
[0021]除了四個(gè)角區(qū)域，其余5個(gè)區(qū)域埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)分布均呈一定周期性變化，根據(jù)溫度場(chǎng)對(duì)稱面可視為絕熱面的特性，各特征區(qū)域可選擇部分埋管代表本特征區(qū)域，其余埋管可以忽略而不參與計(jì)算。忽略計(jì)算的埋管區(qū)域見(jiàn)圖2中陰影區(qū)域4，從而可將圖1所示的集群豎埋管地?zé)釗Q熱器簡(jiǎn)化為圖3所示的6X6矩陣排列的36個(gè)豎埋管構(gòu)成的地?zé)釗Q熱器，可使計(jì)算涉及埋管數(shù)量顯著降低，從而顯著減少傳熱分析計(jì)算工作量。計(jì)算結(jié)束后，根據(jù)圖3所示埋管群計(jì)算結(jié)果，利用埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)的周期性變化特性，將圖3中除四個(gè)角區(qū)域的其他特征分區(qū)埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行周期性擴(kuò)展，可還原至8X8矩陣排列的64個(gè)豎埋管，見(jiàn)圖1。
[0022]將對(duì)于運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)16年，其它運(yùn)行條件相同的情況，只要豎埋管地?zé)釗Q熱器行和列均不少于6個(gè)埋管，均可利用圖3所示地?zé)釗Q熱器進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果利用埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)的周期性變化推廣還原至集群埋管。圖4所示為根據(jù)圖3所示埋管群計(jì)算結(jié)果，利用埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)的周期性變化特性，將圖3中除四個(gè)角區(qū)域的其他特征分區(qū)埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行周期性擴(kuò)展，推廣應(yīng)用至埋管數(shù)量為IOX 12矩陣排列集群豎埋管地?zé)釗Q熱器，得到的運(yùn)行16年時(shí)各埋管周邊土壤溫度場(chǎng)分布示意圖。
[0023]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種集群豎埋管地?zé)釗Q熱器傳熱簡(jiǎn)化分析方法，主要包括以下步驟: ①分析地?zé)釗Q熱器埋管區(qū)域地下溫度場(chǎng)變化規(guī)律，按各埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)變化的相似性劃分特征區(qū)域； ②針對(duì)各特征區(qū)域，利用溫度變化的周期性和對(duì)稱性，將該區(qū)域內(nèi)埋管周?chē)鷾囟葓?chǎng)變化一致的埋管群用一個(gè)或數(shù)個(gè)埋管代替，作為代表性埋管； ③將各特征區(qū)域代表性埋管重新組合形成新的集群豎埋管地?zé)釗Q熱器-代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器； ④針對(duì)代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器進(jìn)行傳熱分析計(jì)算； ⑤利用埋管換熱量和巖土溫度場(chǎng)變化的周期性和對(duì)稱性將步驟④計(jì)算結(jié)果還原至實(shí)際集群豎埋管地?zé)釗Q熱器，或應(yīng)用至地質(zhì)條件、鉆孔直徑、回填材料、埋管深度、埋管間距、單個(gè)埋管承擔(dān)負(fù)荷等條件相同，且埋管行數(shù)和列數(shù)分別不少于步驟③的代表性集群豎埋管地?zé)釗Q熱器行數(shù)和以及列數(shù)的任意集群豎埋管地?zé)釗Q熱器。
【文檔編號(hào)】F25B30/06GK103968605SQ201410185297
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月26日
【發(fā)明者】于明志, 崔萍, 陳兆濤, 李洪, 李琳琳, 叢俊滋 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)