基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性

第32卷第10期农业工程学报Vol 321942016年5月Tanstietecinesesoietgiounalngmei基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性王俊清,袁艳平,曹晓玲,秦萍西南交通大学机械工程学院,成都610031)摘要:为建立井群换热快速求解模型并研究其热干扰特性提出了一种基于解析数值计算的混合解模型,以16井群为研究对象,通过试验和数值模拟的方法研究了井群热干扰特性。研究结果表明:随着换热的进行井群中各井间产生热干扰并逐渐增强,同一运行时刻中井受热干扰程度最大、边井次之、角井则最小;由于井间热干扰的影响,角井换热能力最大、井壁温度最低,边井换热能力和井壁温度居中,中井换热能力最小、井壁温度最高,则运行90d时角井换热量比边井大65%,边井换热量比中井大7.1%;角井对井群换热量的贡献率随换热时间延长逐渐增加,中井对井群换热量的贡献率则逐渐减少,而边井对井群换热量的贡献率基本不变。关键词:热泵系统;井群;传热;热干扰特性doi:10.11975/isn.1002-68192016.10.027中图分类号:TK523文献标志码:A文章编号:1002-6819(2016)-10-019407王俊清,袁艳平,曹晓玲,秦萍基亍混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性J,农业工程学报,2016,32(10):194-200.doi:10.1975/jisn.1002-68192016.10.027htp/www.csae.orgWang Junqing, Yuan Y anping, Cao Xiaoling, Qin Ping. Thermal interference characteristics of wells in ground source heatsystem based on analytical and numerical calculation of mixed solution [J]. Transactions of the Chinese Society of agricuEngineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(10): 194-200(in Chinese with English abstract) doi: 10. 11975/).issn 100268192016.10027htp:/www.tcs0引言材料的热影响及管井间的热干扰。高青等对G函数进行简化,提出了简化柱热源模型,该方法可准确计算出井孔浅层地热能的利用对建筑节能、构建绿色建筑具有周围土壤的导热系数。方肇洪等提出了竖直埋管换热器重要意义。在浅层地热能利用中地源热泵是其中的重要钻孔内传热过程的准三维模型,给出钻孔内热阻解析表达技术,该项技术的研究核心和应用基础是地下埋管换热,式,求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应而建立地埋管传热模型是进行地下埋管换热研究的前提解析解;并在考虑有地下水渗流时,导出了无限大介质中无与基础。目前国内外学者对地埋管传热模型已进行了大限长线热源温度响应的解析解。杨卫波等明用能量平衡及量研究,就现有地下埋管传热计算方法可分为简化解析变热流圆柱源理论建立了二区域U型埋管传热模型,该模解和离散化数值计算叫,其传热计算模型各具特点,简化型可直接求解出热泵进液温度,亦可与热泵机组模型耦合解析解模型计算简便、快捷;离散化数值计算模型善于计进行地源热泵系统动态模拟及相应能耗分析和优化设计。算复杂传热问题。目前在解析解方面,最主要的理论是在数值解方面,Le門对U形埋管换热器两支管分别建1948年 ingersoll等提出的 Kelvin线热源理论以及1954立二维柱坐标系假定传热仅发生在径向,采用有限差分年 Ingersoll等给出的圆柱源理论。Hant等在 Kelvin线法求解该模型的偏微分方程,未考虑地表面各因素及多源理论的基础上,建立了线热源到周围土壤随时间变化的钻孔之间热干扰的影响。唐志伟等利用有限体积法对单温度分布传热模型,该模型未考虑热泵机组间歇运行工U埋管换热器的温度场及流场进行了数值模拟,轴向上建况管内对流换热热阻灌浆材料的热影响。 Kavanaugh等立两支管一维对流换热模型,深度方向上,每隔一定间距以 Ingersoll等改进的柱热源理论为基础建立了埋管周围的平面内藕合求解管内流体与土壤间的传热,实现2个区土壤随时间变化的温度分布传热模型,但其未考虑灌浆域间传热的耦合,构建了准三维传热模型。王勇等叫建立了地源热泵竖直地埋管换热器的三维传热温度场数学模型,提出了层换热理论,将换热器及其周围的岩土分为3基金项目:建筑环境与能源高效利用四川省青年科技创新研究团队项目个换热层一饱和换热层、换热层未换热层。(2015TD0015)作者简介:王俊清,男,河南驻马店人,主要从事空调节能技术研究。成此外,亦有学者将解析解与数值计算法结合使用以都西南交通大学机械工程学院,610031。获得简单快速中国煤化工解析法与数值法Email:yourongxinan@163.com混合求解埋管单钻孔采用有限长通信作者;艳平男湖北洪湖人,教授博士生导师主要从事建筑线热源数值以,见JCNMH间热湿采用单钻孔温度究。成都西南交通大学机械工程学院,61003响应叠加计算,从而确定任意时间的钻孔壁温。 HellstromEmail: ypyuan@home. swjtu.edu.en等研究了多个钻孔密集模型布置的储热模型,对局部问第10期王俊清等:基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性题采用一维(径向)有限差分法,对全局问题采用二维(径边界向一轴向)有限差分法,当达到稳定热流时采用解析法叠对钻孔外土壤计算区域进行二维网格离散,在控制加它们,但该模型并不适用于地源热泵系统长期运行计容积内对控制方程(1)进行空间和时间积分,组建差分方算分析。陆志等叫提出数值计算与有限长线热源综合模程组结合边界条件和初始条件对方程组进行求解,得到型,以替代半径将计算区域分为两部分,半径以内土壤的钻孔外土壤区域温度分布,亦可知各钻孔壁温T。温度通过数值迭代法计算得出,半径以外土壤温度通过井群钻孔外土壤计算区域如图1,q为单位井深换热有限长线热源模型计算得到,数值计算区域的外边界温量(由钻孔内传热模型计算),赋值给井壁边界。度由有限长线热源法计算给出,有限长线热源法中单位长度的热流密度通过计算管内流体与管壁对流换热的热流量得出。在课题组前期,袁艳平等提出以钻孔壁为:±缠sn远边界边界将计算区域分为钻孔内和钻孔外2个部分,钻孔以Infinite内部分,基于能量平衡建立稳态解析解传热模型,对于钻孔外土壤区域,采用非稳态有限体积法进行传热计算,两区域通过钻孔壁温或热流量耦合,建立了快速求解的地埋管传热模型;并以此为基础对单井在连续运行和间歇运行下的换热特性进行了研究。从文献综述情况来看,地埋管传热模型大都针对单井,但在实际工程中地埋管都是以群井形式出现,目前对于群注:q为单位井深换热量井换热量的计算,大致分为两种思路:是计算单井的换热Note: qu is the heat exchange of unit well depth量,直接乘以钻孔数得到。这种方法计算简单,但井群中因图1井群钻孔外计算区域钻孔间距有限,各井间会出现相互热干扰,其基本换热特性Fig 1 Borehole external calculation area of wells与单井有明显不同故需要考虑井间传热相互影响。二是直12钻孔内传热模型接采用解析解或数值模拟进行计算,数值解功能强大善于对钻孔内传热进行以下简化计算复杂传热问题,能有效把握地埋管动态换热特性,但其1)忽略埋管与回填材料及回填材料与孔洞壁间的接传热空间区域大、几何配置复杂,计算时间过长。触热阻本文在保证求解准确性的基础上加快求解速度,建2)忽略埋管内介质轴向导热和U型地埋管底部弯管立井群混合解传热模型,其基本思路为:以钻孔壁为界将的影响;井群换热空间区域分为钻孔内(包含多个钻孔)和钻孔外3)管内流体流速均匀一致,任意截面内流体温度均匀2个区域;各钻孔内传热通过稳态解析解计算,获取各钻恒定,只沿井深方向变化孔换热量,并将其作为对应钻孔壁的边界条件,采用数值4)回填土、管内流体的热特性参数恒定;方法计算孔外土壤温度动态响应。在此基础上对井群热5)忽略热湿迁移的影响,认为回填土中的传热为纯导干扰特性进行研究,得到了井群中不同位置地埋管换热热问题。规律,为地源热泵系统地埋管设计提供参考。井群中每个钻孔内传热情况完全一样,故在此仅对1井群传热模型其中一个钻孔为对象分析其传热情况,钻孔内微元体传热示意如图2所示。1.1钻孔外土壤区域传热模型钻孔壁 Borehole wall对钻孔外土壤区域传热进行以下简化:壁温 Well temperature1)假设土壤热物性参数及初始地温均匀一致,且物性牛水管换热量水管换热量不随时间变化qz Heat transfer of2)忽略渗流及热湿迁移,认为土壤中的传热为均匀纯导热问题;3)认为传热过程仅发生在水平方向。进水温度出水温基于以上简化,土壤区域传热控制方程为InNet waterOutlet wat ax"ax /dady两管间换热量式中ρ为土壤密度,kg/m3;c为土壤定压比热,J/(kg:℃);kHeat transfer between two tubes为土壤导热系数,W(m℃);T为土壤温度,℃;S为源项图2钻孔内微元体传热示意图求解中进行线性化处理,分解为常数项及随时间和温度EV凵中国煤化工 r diagram变化项。基于以上闻CNMHG温度沿程变化及初始条件:T(x,y,z)=76(其中T为初始地温)。两支管间热干扰影响,参照图2对于埋管深度z处的微元边界条件:各钻孔壁为变热流边界,远边界为绝热体d,可根据能量平衡得控制方程组啊农业工程学报(htp:/www.tcsae.org)2016年dT(z)d2+=R(7-T(2)+Ra[Tx)-T(2dr,(z)M在0-T)(2)2单井传热模型试验验证判定井群传热模型预测结果是否符合实际情况,是进行井群换热模拟计算的前提。由井群传热模型建立过定解条件:7n(0)=7h;Tn(H)=TA(H)(其中H为钻孔深度)。式中M为循环流体的热容量,M=cmn(其中c为流体程可知,井群传热模型的数学描述与单井传热模型仅在边界条件方面有差别,因此只要确保单井传热模型的正的定压比热容;m为U型管内循环流体的质量流量),确,即可证明井群传热模型预测结果的准确性。故本节建J(s:℃);Tn(z)、Tn(z)为z处U型管进/出口流体温度,℃;立单钻孔地埋管换热系统夏季工况试验台,验证单井换g、g2分别为U型地埋管两支管与钻孔壁间的单位管长换热模型。试验中钻孔直径为01m,钻孔深度为12m,U型热量,qn为U型地埋管两支管间单位管长换热量,Wm;埋管采用内径0014m的铜管,两支管间距为0m。试T为钻孔壁温度,℃;R、R与R分别为两支管内流体与孔验系统原理图如图4所示。壁及邻近两支管内流体间的等效传热热阻(其中R=R),℃/W;R、R的计算参见文献[流量计保温管恒温水箱lown令1(z)=T-Tn(z),B(z)=T-Tn(z),a=(1/R+1/R合M,hT100热电阻 Hot resistaneb=(1/R点M,则式(2)可化简为:填充土壤Soil周节阀水泵Pumpg(3)数据采集仪de,U型铜管Data acquisition instrument壤对方程组(3)进行 Laplace变换,采用求解常微分方Temperature PID程组的方法进行求解可得控制柜ContreJa()c:gYab2、+C2b图4试验系统原理62(z)=C1eVa-b)z -(Va-3)Fig 4 Schematic diagram of experimental system式中C1,C2为待定常数,可结合定解条件求取。任何试验均存在系统误差,为了保证试验结果的可确定C,C2后,进而可求得地埋管出口温度及单位井靠性试验系统误差不能过大否则会对试验结果产生较深换热量:Tm=Th-62(0)。(5)大影响。本试验的系统误差主要来源于仪器测量精度;试qi=M(T-T)/H.(6)验使用四线式P100热电阻测量埋管进出口水温,其精度≤015℃;使用T型热电偶测定土壤层温度,其精度≤式中q为单位井深换热量W为钻孔深度,四05℃;使用小型椭圆齿轮流量计测量进水流量其测量孔壁温度进行耦合链接,首先由初始壁温通过孔内模型精度≤1%;使用 Hot disk2500测量土壤导热系数,其测量精度≤3%。由以上可知,本试验系统误差较小,可以保证计算换热量,将换热量作为热边界条件计算孔外土壤传试验结果的可信度。热,然后再提取下一时间壁温计算换热量,之后往复循环本试验方案为:埋管内流体处于紊流状态下,换热直至满足所设条件;通过 FLUENT软件平台利用用户接系统维持恒定进水流量及进水温度连续运行7h,每间口(UDF)求解计算的具体流程如图3所示。隔1min采集1次各测点温度数据土壤初始温度 Soil initial temperature To(o时刻 to moment)本试验过程测得土壤热物性参数及系统运行参数见钻孔内传热模型计算Calculation各并单位井探热 borehole表1试验参数(Heat transfer per unit depth of wells)Table 1 Test parameters参数vlue孔外士壤传热模型计算项目 Project项目 Project参数 Valuecatuianon t乎王壤温度咒le borehole土壤密度 Soil density土层初温Soil initial temperature/C土壤比热 Specific heat of系统流量1016d时间各井壁平均温度soi/U·kg…K)ystem flow/(mh)0.105 53dt time average temperature of each土壤导热系数 Conductivity019| Water inlet temperature/(486进水温度通过公式(中国煤化工地埋管进出口温差和单位孔深结束EndCNMHG(7)图3井群传热模型计算流程q=cm△TH(8)ig. 3 Calculation process of wells heat transfer model式中△T为地埋管进出水温差,℃;Tm为U型地埋管进口第10期王俊清等:基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性197温度,℃;T为U型地埋管出口温度,℃;q为单位井深换钻孔中心距离200mm,测点3距钻孔中心距离300mm,热量,W/m;c为流体比热,kJ/kg:℃);m为流体质量流量,则测点温度试验数据与模拟值对比分析结果如图6。kgs;H为钻孔深度,mo通过对比试验可知,模拟预测值与试验数据变化趋通过计算获得埋管单位井深换热量,试验数据与模势一致,在系统启动初期换热量相对误差较大为5%型预测值对比分析结果如图5。埋管内流体平均温度沿钻12%,运行稳定后相对误差在5%以内,3个测点对应地温孔方向变化很小,热量在土壤层主要沿径向扩散垂直方的相对误差在35%以内;表明模型预测结果是可信的,其向测点温度相差很小,在此取土壤中层3个温度测点温度存在误差主要原因有:一、试验系统及过程存在误差,二、进行对比验证,测点1距钻孔中心距离100mm,测点2距数学模型简化所致。50试验值 Experimental value模拟值 Simulation value107005010015020025030035040045050100150200250300350400450时间Time/min时间Time/mina.换热量试验值与模拟值b.相对误差perimental and simulated values of heat exchangeb. Fractional error图5换热量验证分析Fig5 Validation analysis of heat exchange8763井群热干扰特性分析31井群钻孔数目的确定E25考虑到工程应用中井群布置形式和埋管数量都是以工程实际来确定,无统一形式,在此本文仅对方形井群进行研究,并以16和25井群为对象加以分析,以确定井群的钻孔数目图7分别是16和25井群位置分布图,两井群中井间距均为4m。对2个井群换热进行模拟计算,所用几何参050100150200250300350400450数、物性参数和初始条件均相同。本文在井群模拟计算中时间Tme/min所用参数均如表2和表3所示。测点1-模拟值 Measuring point 1-Simulation value测点1-试验值 Measuring point1- Experimental value4测点2-模拟值 Measuring point2 Simulation value●中井测点2-试验值 Measuring point2- Experimental value78Center well测点3-模拟值 Measuring point3 Simulation value测点3-试验值 Measuring point3- Experimental value91011●边井a.地温试验值与模拟值a Experimental and simulated values of soil temperatureO角井土壤SoilCormer wella.16井群a. 16 wells group测点1 Measuring point测点2 Measuring point25测点3 Measuring point3|●中井Center well●边井1617181920Edge wellO角井50100150200250300350400450时间 Time/min中国煤化工erweb.相对误差CNMHGb. Fractional errorb 25 wells group图6地温验证分析图7井群分布图Fig 6 Validation analysis of soil temperatureFig 7 Map of wells grou农业工程学报(htp:/www.tcae.org)2016年表2埋管换热器几何参数两井群中各井的换热量计算结果如图8所示。由图Table 2 Geometrical parameters of heat exchanger7a和8a可以看出,16井群中#1、#4、#13、#16换热规律埋管内径埋管外径管脚间距钻孔直径埋管深度Internal Outside Distance between Borehole Depth of buried致,处于井群顶角处,与其直接相邻的有2口井;#2、diameter/m#3、#5、#8、拟#12、#14、#15换热规律一致,处于井群边003200350.12沿处,与其直接相邻的有3口井;#6、#7、#10、#11换热规表3模拟计算参数律一致,处于井群中部,与其直接相邻的有4口井,从图Table 3 Simulation calculation of parameters7b和8b可看出,25井群和16井群各井的换热情况相项目 Project参数vlu项目pet参数Ve同;同时从图8还可看出,换热进行至90d时,两井群中土壤密度 Soil density/2000管壁导热系数Heat三类井平均单位井深换热量几乎没有差别。故可知,方形conductivity of U-tube/对称布置的16和25井群中均存在仅和位置有关的三类井,其每类井中各井换热规律完全一致,依据三类井所在土壤比热 Specific流体导热 Thermalof soill(J·kg“K)1500conductivity coefficient of 0. 64fuid(W·(mK))井群中的位置,在此把三类井分别命名为“中井”“边土壤导热系回填土导热系数 Thermal井”、“角井”综上分析知,方形井群中钻孔数量对各井换热情backfill soil(W·m2k)进水流速 Water now进水温度 Water inlet况无影响,各井的换热仅与井群中的位置有关。因160.8井群具有较好的对称性,在建模时只需建立14的井群体密度Fuid土壤初始温度 Soil initial空间区域,便于应用计算,本文选取16井群物理模型进行模拟计算分析。16井群中三类井位置示意图如图流体比热 Fluid heat4174流体运动黏度 Kinematic0659×107a所示。s2082#4#22#6#23#10#24#斜乏315#15#8642087#14#8#17#9#18#3013#2030405060运行时间 Timed运行时间 Time/da.16井群中各井换热量b.25井群中各井换热量a. Heat exchange of wells in 16 wells groupb. Heat exchange of wells in 25 wells group图8两类井群中各井单位井深换热量变化情况Fig8 Heat exchange for unit depth of wells in two kinds of wells group3.2井群热干扰系数定义类井换热量逐渐递减,一段时间后三类井换热量出现差图8a为同样条件下单井与井群中三类井单位井深换值从大到小顺序依次为角井、边井、中井,至90d时,井热量随运行时间的变化。从图中可看出,换热进行一段时群中的中井、边井、角井换热量相对于单井分别减少间后,井群中三类井换热量出现差值且均小于单井换热234%、17.1%、11.3%,而中井和边井换热量相对于角井分量,表明随着换热进行井群各井间会产生热干扰,在此将别减少13.6%65%,原因是随换热进行各井间产生热干单井换热量作为标准,引入井群热干扰系数(k),以反应扰,中井、边井角井所受热干扰的程度依次减小。井群中各井受热干扰强度大小图8b为单井及井群中三类井平均壁温随运行时间的井群热干扰系数(k)是指井群中各井单位井深换热变化情况。从图中可以发现,随着换热的进行各井平均壁量与未有热干扰的单井单位井深换热量之比。温不断升高,一段时间后出现差值,壁温从高到低依次为设井群中角井、边井及中井的逐时单位井深换热量中井边井、角井,至90d时,井群中的中井边井、角井的分别为q、q5q,未有热干扰的单井单位井深换热量为qo平均壁温相对于单井分别升高了42%31%、2.%,而中井则井群中三类井的热干扰系数为和边井平均壁温相对于角井分别升高了21%、10%,其原k=9;=;k:=9。因亦是井群各井间产生热干扰,相同时间内中井附近土壤累积的换热厂YH中国煤化工最少,且中井位于由上述定义可知,k、k、k越小则表明井群中各类井井群中部换热CNMHG位于周边换热量受到热干扰的强度越大。易于扩散。33计算结果及分析图9c为三类井各自换热量占井群换热量的百分比随通过图8a进一步分析可知,随着换热进行井群中三运行时间的变化情况,其中以X表示三类井的换热量百第10期王俊凊等:基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性199分比。从图中可知,边井X不随运行时间变化为一定值,井群换热量的贡献率不变为定值,而角井对井群换热量这是因物理计算模型的特殊性所致;运行初期中井X=角的贡献率逐渐增加,中井对井群换热量的贡献率逐渐减井x=025,之后随换热进行X逐渐减小,X逐渐增大,至少,两者差值逐渐增大原因是运行一段时间后井间产生90d时κ=0.233,X=0.267,两者增减幅度均为1.7%,其换热干扰,中井受热干扰程度较大,角井受热干扰程度较热量百分比相差349,这表明随换热时间的延长,边井对小,相同时间内中井换热量的减小值要大于角井。单井 Single well28.5050角井 Corner well→边井 Edge well一边井 Edge well坐275一中井 Center well耗坦045角井 Corner well中井 Center well量265中井 Center well30.29→边井 Edge well0.27单井 Single well0.25→角井 Corner wel0102030405060700102030运行时间 Time/d运行时间 Time/d运行时间 Time/da.井深换热b.井壁温度c换热量百分比a Heat exchange for unit well depthc. Percentage of heat exchange图9井群热干扰特性Fig9 Thermal interference characteristics of well group图10为三类井的热干扰系数随运行时间的变化情3)角井对井群换热量的贡献率随运行时间增加逐渐况。从图中可看出,在运行初期k=kk,=l,之后随换热进增加,中井对井群换热量的贡献率随运行时间增加逐渐行k、k、k均逐渐减小,k.减小速度最快,k减小速度次减少,至90d时两者换热量百分比相差34%,而边井对井之,减小速度则最慢;运行至90d时k降至0.766k降群换热量贡献率为定值。至0.8209,k降至0.88,表明三类井的热干扰强度随系统4)井群中三类井所受热干扰强度随换热进行逐渐增运行时间延长逐渐增加,同一运行时刻中井受热干扰的加,相同运行时刻中井受热干扰影响最大、边井次之、角井程度大于边井、边井大于角井。最小。[参考文献][]曲云霞地源热泵系统模型与仿真[D.西安:西安建筑科技大学,2004.Qu Yunxia. Modeling and Simulation for Ground Source HeatPumps System[D]. Xi'an: Xi'an University of Architecture andTechnology, 2004.(in Chinese with English abstract)[2 Ingersoll L R, Plass H J. Theory of the ground pipe heat source0.74for the heat pump[J]. Heating, Piping air Conditioning, 19480.7220:119-122010203040506070[3]Ingersoll L R, Zoeble O J, Ingersoll A C. Heat Conduction with行时间 TimedEngineering, Geological and Other Application [M]. New York注:k、k6、k为角井、边井、中井的热干扰系数。McGraw-Hill. 1954.Note: k, ku, k, is thermal interference coefficient of corner well, edge well and [4] Hart D P, Couvillion R. Earth Coupled Heat Transfer[M]Publication of the National Water Well association. 1986.图10三类井的热干扰系数随运行时间的变化[5 Deerman J D, Kavanaugh S P. Simulation of vertieal U-tubegorund coupled heat pump systems using the cylindrical heatFig 10 Thermal interference coefficient for three kinds of wellssource solution[J]. ASHRAE Transactions, 1991, 97(1): 287-295along with change of running time6]高青,余传辉.地下土壤导热系数简化柱热源模型确定方法小太阳能学报,2007,2812):1402-1406Gao Qing, Yu Chuanhui. The simplified cylindrical source4结论model for determining the thermal conductivity[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2007, 28(12): 1402-1406 (inChinese with English abstract)1)提出了能准确快速求解的解析一数值混合计算的方肇洪,刁乃仁地热换热器的传热分析建筑热能通风井群传热模型,并利用试验验证了其准确性。空调,2004,23(1):11-202)随着换热的进行,井群中各井换热能力逐渐降低Fang Zhaohong, Diao Nairen. Heat transfer analysis of ground井换热量和井壁平均温度出现差值换热量从大到小顺序④D:02021各井平均壁温逐渐升高,因井间热干扰的影响,井群中各1-20.in依次为角井、边井、中井,井壁平均温度从高到底的顺序依工程热V中国煤化工模型及其实验验证次为中井、边井、角井,至90d时中井、边井、角井的换热量CN MH Geat transfer model of相对于单井分别减少23.4%、17.1%、11.3%,而中井、边井、U-tube ground heat exchanger and its experiment validation[J]Journal of Engineering Thermophysics, 2008, 29(5): 857-860.(in角井的平均壁温相对于单井分别高了42%、3.1%、21%。Chinese with English abstract)200农业工程学报(htt/www.tcae.org)2016年[91 Lei TK. Development of a computational model for a groundipe for ground source heat pump[J. Journal of Shanghai Jiaotongcoupled heat exchanger!J). ASHRAE Transactions, 1993, 99(1):University 2008, 42(3): 409-414. in Chinese with english abstract)[10唐志伟,时晓燕,黄俊惠等地源热泵U型管地下换热器的[5]袁艳平雷波余南阳,等地源热泵地埋管换热器传热研究149-1592:传热过程的完全数学描述U暖通空调200,39(7:9-数值模拟J北京工业大学学报,200,32(1):62-6612.Yuan Yanping, Lei Bo, Yu Nanyang, et al. Heat transferof groundsimulation of the U-tube ground heat exchanger for GSHPUJIheat exchanger for GSHP(2): Completemathematical descriptionJoumal of Beijing University of Technology, 2006, 32(1): 62-66of heat transfer course. Heating Ventilating and Air Conditioning(in Chinese with English abstract)2009, 39(7): 9-12. (in Chinese with English abstract)1l王勇,刘芳,付祥钊基于层换热理论的竖直地埋管换热器[16]袁艳平,雷波,曹晓玲,等地源热泵地埋管换热器传热研究设计方法门暖通空调,2007,379):35-39(3):变热流条件下单U型地埋管换热器的非稳态传热特性Wang Rong, Liou Fang, Fu Xiangzhao. Design of verticalground暖通空调,200,39(12):10-15.heat exchangers basedon a layer heat transfertheory [J]. HeatingYuan Yanping, Lei Bo, Cao Xiaoling, et al. Heat transferofVentilating and Air Conditioning, 2007, 37(9): 35-39.( in Chineseground heat exchanger for GSHP (3): Transient heat transferwith English abstract)characteristic of U-type ground heat exchanger with variable[12] EskilsonP, Claesson]. Simulation model for thermally interactingheat flow boundary[]. Heating Ventilating and Air Conditioning,heat extraction bore holes[J]. Numerical Heat Transfer, 1988, 132009, 39(12): 10-15(in Chinese with English abstract)2:149-165[17 Yuan Yanping, Cao Xiaoling, Sun Liangliang, et al. Ground[13] Hellstrom G, Sanner B, Klugescheid M, et al. Experiences withource heat pump system: A review of simulation in China[Jthe borehole heat exchanger software EED [C]/MegastockRenewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16(9)sapporo, Japan, 1997.681468224陆志连之伟,刘薇巍等地源热泵竖直埋管数值线源综合18] Cao Xiaoling, Yuan Yanping, Sun Liangliang, et al. Restoration模型[J上海交通大学学报,2008,42(3):409414performance of vertical ground heat exchanger with variousLu Zhi. Lian Zhiwei. Liou Weiwei, et al. Numerical simulationtermittent ratios[]. Geothermics, 2015, 54: 115-121and linear heat source integrated modelof vertical embedded[19李人宪.有限体积法基础M北京国防工业出版社,2008Thermal interference characteristics of wells in ground source heat pumpsystem based on analytical and numerical calculation of mixed solutionWang Junqing, Yuan Yanping Cao Xiaoling, Qin Pir(The College of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)Abstract: In practical engineering, buried pipe is the form of well group. At present, there are two ways to calculate theheat transfer in a group of wells. One is to calculate the heat transfer of a single well, which is then directly multiplied bythe number of holes to get the heat transfer of well group without consideration of the thermal interference between wells.The other is the direct use of analytical solution or numerical simulation. The numerical solution of the powerful is good atalculating complex heat transfer problems, and can effectively grasp the dynamic heat transfer characteristics of buriedpipe. The heat transfer space is large and the geometry configuration is complex, so the computation time is too long. Inorder to establish a heat transfer model of well group that can be quickly solved and used for thermal disturbanceharacteristics, the mixed solution heat transfer model based on analytical and numerical calculation is presented. Thebasic idea is to divide the space of the well group into the space inside borehole(including multiple drilling holes)andoutside borehole taking the borehole wall as the boundary. Both steady-state analytical method and transient numerical heattransfer method are used to analyze the heat transfer characteristics inside and outside borehole respectively, and the 2regions are coupled by the borehole wall temperature After the establishment of summer conditions of single drill pipe heatexchanger test-bed, and the verification of single well heat transfer model, the Fluent software in combination with theheat transfer model of well group is used to further study the wells at 3 kinds of special positions in the square well group(middle well, edge well and corner well, and the typical well group of physical model is determined and the thermalinterference coefficient of the well group is defined. Finally, the thermal interference characteristics of the typical wellgroup are studied mainly under the condition of continuous operation in summer. The research results show that with thedevelopment of heat exchanger of well group, the heat interference between wells in well group is generated and graduallyincreases, and at the same time the degree of heat interference for the middle of well is the largest, followed by the edge ofwell and the corner of well; due to the influence of heat interference, the heat transfer capability of the comer of well is thebiggest and its borehole wall temperature is the lowest, the heat exchange ability and borehole wall temperature of the edgeof well are in the middle, and the heat transfer capability of the middle of well is the minimum and its borehole walltemperature is the highest. After running for 90 d, the heat exchange of the中国煤化工 than the edge ofwell, and the heat exchange of the edge of well is 7. 1%more than the middle ofCNMHGof heat exchangeof the cormer of well to the well group is gradually increased with the running time, that of the middle of well is graduallyreduced with the running time, while that of the edge of well is basically unchangedKeywords: heat pump systems; well; heat transfer; heat interference characteristics