路面下水平地埋管熱響應試驗與數值模擬研究

作者：朱敦銘,Foong Shen Yang,李云安

摘要：近年來,水平式地埋管換熱器尤其是路面下水平式地埋管換熱器逐步受到國內外學者關注。路面下水平式地埋管換熱器利用道路路基施工便利進行安裝,可有效節約地埋管換熱器前期安裝中的鉆孔或開挖溝槽費用,且公路作為城鎮基礎設施,僅中國每年新增公路里程就達100 000 km以上,因此該方案應用潛力較大。為了探究路面下水平地埋管換熱器的熱擴散半徑以及氣溫對其換熱能力的影響,本文采用Geo Cube熱響應試驗測試儀,對路面下埋深0.5 m的水平串聯式地埋管換熱器進行了兩次加熱功率分別為4 k W和6 k W的現場常規熱響應試驗,并基于4 k W熱響應試驗參數利用COMSOL軟件建立了路面下水平串聯式地埋管換熱器3D數值模型。研究結果表明:氣溫波動對路面下地埋管換熱器換熱能力有顯著不利影響。在熱響應試驗中,該影響會隨著加熱功率的增大而減小。路面下水平串聯式地埋管換熱器熱擴散半徑確定為小于0.75 m,建議地埋管安裝間距大于1.5 m以防止熱干擾。所建數值模型模擬精度良好,可用于路面下水平串聯式地埋管換熱器換熱過程模擬。

發文機構：中國地質大學（武漢）工程學院 墨爾本大學工程學院

關鍵詞：路面地埋管換熱器熱擴散半徑氣溫熱響應試驗數值模擬PavementGround heat exchangerThermal diffusion radiusAir temperatureThermal response testNumerical simulation

分類號： P3143[天文地球—固體地球物理學]