1、换热仿真人士,尤其适用于U型地埋管、管群换热研究人士;
2、SCDM、ANSYS MESH、FLUENT、CFD POST、TECPLOT人士;
3、渗流研究人士;
1、FLUENT换热仿真的基本操作方法和原理;
2、U型地埋管、管群仿真的处理方式,ANSYS MESH网格制作方法;
3、FLUENT相关软件的应用方式。
4、地下水渗流的处理方式;
5、多孔介质模型的应用。
6、相变模型的应用。
279#FLUENT精典案例-考虑地下水渗流作用下的地源热泵竖直双 U 地埋管群传热特性仿真
01
参考文献
王瑜,刘志成. 地下水渗流对地源热泵竖直双U地埋管群传热特性的影响[J]. 实验室研究与探索,2019,38(9):52-57.
02
基本情况
如下图(截自参考文献)所示包含九个地埋管的井群(管群)模型,其中地埋管均为双U管(即每孔两根U型管)。
材料参数可参考下表(实际制作时取值与表中略有区别)。
03
计算工况及网格
实际仿真使用的模型图(地埋管埋入深度140m,回填土深度142m;计算域为长方体,尺寸为35mX35mX142m)。土壤初始温度为17℃,水初始温度16℃。进口流速0.4m/s,温度5℃,出口回流温度9.6℃。
计算时,考虑土壤的分层和渗流,模型中对各层土壤进行了划分(即将模型中土壤部分切成若干层,如上图)。各层土壤参数可参考下表(根据实际取值)。
地下水渗流以及管孔布置如下图所示,渗流方向与X轴呈30度夹角。
相关信息(摘自文献):不考虑地下水渗流时,模型中1#、3#、7#、9#处于井群的顶角位置,称为“角井”; 2#、4#、6#、8# 处于边缘部位,称为“边井”; 5#处于井群的中间部位,称为“中井”。
考虑渗流时,各层土壤简化为均一的多孔介质,相关参数可参考下表(根据实际取值)。
03
基本结果(120天)
1 地下水渗流速度很大时的结果
如第一层的渗流速度为-5次方量级
各埋管间的相互影响很小。
地下3米水平面温度分布
地下30米水平面温度分布
立面温度分布
各层土壤性质及渗流速度不同,温度分布不同。
监测点的温度变化曲线
2 地下水渗流速度很小时的结果
各层渗流速度分别比前一种情况小100-500倍。
从图上可见,渗流速度小时,各埋管间的相互影响很大。
地下3米水平面温度分布
地下30米水平面温度分布
立面温度分布
分层面位置很明显。
这些图形近似对称(有渗流时肯定不完全对称),其实是因为工况时间比较短。若计算的工况时间较长,比如640天结果图如下:
使用软件处理一下比较漂亮
3 假定土壤为各向异性多孔介质
此为假定情况,实际来说肯定不会是这样的。
此处假定土壤中沿渗流速度方向(与X轴正向呈30度夹角方向)渗流阻力较小(与前两种情况两同),其余两个方向上渗流阻力为该方向的100倍。
由如下结果图可见,若假设沿渗流速度方向阻力较小时,云图中的小尾巴更加明显了。
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