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竖直U型埋管换热器支管间热量回流分析
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摘要：本文针对竖直U型埋管地热换热器管间热量回流，建立了地热换热器传热的二维和三维数学模型，进行了大量的不同设计方案的计算比较，做出了理论分析，并提出了减少竖直U型埋管地热换热器管间热回流的措施，得出若干点宝贵结论。
关键词：换热器 二维导热 热量回流
1 引言
目前在我国得到应用的地源（土壤源）热泵系统采用介质流经埋在地下的管子与大地（土壤、地层、地下水）进行换热的模式。这种换热器有竖直和水平两种埋管型式。在技术上水平与竖直埋管的系统基本相同。水平埋管是在浅层土壤中埋管，设置较为简单。但占地面积大，而且水平埋管的地热换热器受地表气候变化的影响，效率较低。因此水平埋管型式的地源热泵空调系统在我国人多地少的情况下，应用受到一定的制约。竖直埋管的换热器，埋管深度通常达60～200米，因此占地面积大大减小，应用范围广。这种空调系统在国外从单独民居到较大型的公共建筑都有应用的报道。
竖直U型埋管地热换热器是在地层中竖直钻孔，然后在钻孔中插入U型管或套管，并用封井材料填实。对于竖直U型埋管，系统运行时，载热流体从U型管一支管流到钻孔底部，再从另一支管流回（参见图1），从而实现管中流体与其周围土壤的热交换。竖直埋管方式占地面积小，工作性能稳定，单位长度取热率高（相对水平方式）。不过值得指出的是，在竖直U型埋管地热换热器中，钻孔孔径通常为110mm～130mm，在这样一个狭小的空间内，两支流动着冷热不同流体的支管间必发生热回流（温度交叉）现象，对实际的换热效果将产生一定的影响。如处理不当，将产生较大的影响。这是在设计和安装竖直U型埋管地热换热器时应特别注意的问题。本文针对竖直U型埋管地热换热器管间热量回流，做出了理论上的分析，并提出了减少竖直U型埋管地热换热器管间热回流的措施。
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