Дослідження функціонування теплообмінника у ґрунтах різної температуропровідності

Abstract

За допомогою математичної моделі процесу теплообміну між повітрям, що рухається в вертикальному теплообміннику, і масивом грунту, яка пов'язує між собою енергетичні показники грунтового теплообмінника з його параметрами, а також природно-кліматичними умовами, встановлено, що ефективна теплова енергія за час функціонування теплообмінника лінійно залежить від температуропроводности грунту як для окремо розташованого теплообмінника, так і для двох теплообмінників, розташованих на міжосьовій відстані 4 м. Ви іслітельний експеримент проводився з використанням пакету обчислювальної гідродинаміки ANSYS Fluent. Визначено температурне поле охолоджуваного повітря і масиву грунту для грунтів різної температуропроводности. Встановлено, що температуропровідність грунту є визначальним показником його енергетичного потенціалу і дуже сильно впливає на ефективну теплову потужність, особливо при тривалому часу функціонування грунтового теплообмінника. Від грунту з температуропроводностью 1,03 ∙ 10-6 м2 / с можна отримати приблизно в 3,6 рази більше ефективної теплової енергії за час функціонування теплообмінника, ніж від грунту з температуропроводностью 0,32 ∙ 10-6 м2 / с.

С помощью математической модели процесса теплообмена между воздухом, движущимся в вертикальном теплообменнике, и массивом грунта, которая связывает между собой энергетические показатели грунтового теплообменника с его параметрами, а также природно-климатическими условиями, установлено, что эффективная тепловая энергия за время функционирования теплообменника линейно зависит от температуропроводности грунта как для отдельно расположенного теплообменника, так и для двух теплообменников, расположенных на межосевом расстоянии 4 м. Вычислительный эксперимент проводился с использованием пакета вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent. Определено температурное поле охлаждаемого воздуха и массива грунта для грунтов различной температуропроводности. Установлено, что температуропроводность грунта является определяющим показателем его энергетического потенциала и очень сильно влияет на эффективную тепловую мощность, особенно при длительном времени функционирования грунтового теплообменника. От грунта с температуропроводностью 1,03∙10-6 м2/с можно получить примерно в 3,6 раза больше эффективной тепловой энергии за время функционирования теплообменника, чем от грунта с температуропроводностью 0,32∙10-6 м2/с.

It was found with the help of mathematical model of the process of heat exchange between the air moving in vertical heat exchanger and the massif of soil, which connects energetic factors of the soil heat exchanger with its parameters as well as natural-climatic conditions that effective thermal energy during the term of heat exchanger functioning depends linearly on thermal diffusivity of soil both for separate heat exchanger and for two heat exchangers located at 4m between axes. Calculative experiment was conducted with application of the packet of calculative hydrodynamics ANSYS Fluent. Temperature field of the air being cooled and of the massif of soil has been detected for the soils with different thermal diffusivity. It has been found that temperature diffusivity of the soil is a determinative factor of energy potential of soil and has a dramatic effect on the effective thermal capacity especially for long-term functioning of soil heat exchanger. From the soil with temperature diffusivity 2,68 m2/s we can obtain approximately 3,6 times as more effective thermal energy while heat exchanger is functioning than from the soil with temperature diffusivity 0,83 m2/s.