Исследование параметров улучшения теплопередачи скважинного грунтового теплообменника
DOI:
https://doi.org/10.26577/JMMCS.2022.v115.i3.07Ключевые слова:
грунтовый скважинный теплообменник, грунтовый тепловой насос, тепловая производительность, тепломассоперенос в пористой среде, теплопроводность, геометрия теплообменников, математическая модельАннотация
В данной работе рассматривается исследование параметров улучшения теплопередачи скважинного теплообменника для применения в грунтовом тепловом насосе. Исследование параметров эффективности проведено на основе разработанного авторами экспериментального прототипа грунтового теплового насоса. Разработана математическая модель расчета эффективности грунтового теплообменника на основе трехмерных уравнений тепломассопереноса в пористой среде. Численное решение было осуществлено на ПО COMSOL Multiphysics. Численный алгоритм расчета был верифицирован путем сравнения с экспериментальными данными из созданного прототипа. Проведены расчеты эффективности грунтового скважинного теплообменника с различными геометрическими конфигурациями расположения трубок в скважине. С увеличением диаметра трубки теплообмен увеличивается. При диаметре трубки 40 мм тепловая эффективность теплообменника составила 42,4 W/m в режиме закачки тепла, что на 24 % больше при диаметре 20 мм. С увеличением глубины скважины увеличивается эффективность теплопередачи. Исследовано влияние коэффициентов теплопроводности материала трубки, материала грута и различных типов грунта на эффективность теплообмена. С увеличением коэффициентов теплопроводности грута и грунта, увеличивается тепловой поток, однако выше 6,0 Вт/м К тепловой поток практически не меняется. При коэффициенте теплопроводности материала трубки выше 1,0 Вт/м К тепловые потоки практически не меняются. В основном для трубок грунтовых теплообменников используются материалы, содержащие пластик, коэффициенты теплопроводности которых варьируются между 0,24-0,42 Вт/м К.
