專利名稱：熱滲耦合作用下地源熱泵地埋管溫度場數(shù)值模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地源熱泵技術(shù)應(yīng)用與節(jié)能領(lǐng)域，尤其涉及在考慮土壤滲流影響的情況 下地源熱泵埋管群的土壌溫度場的確定方法。
背景技術(shù)：
從ー些實際工程來看，地下水滲流對地理管的傳熱特性有較大影響，會増大土壌 和循環(huán)液體的換熱系數(shù)，使得按不考慮滲流情況的純導(dǎo)熱模型所設(shè)計的埋管長度過長，浪 費資源，増加成本。因此地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計時必須考慮地下水滲流情況。而對于大規(guī) 模管群情況，由于計算范圍較大，一般商業(yè)軟件模擬時間太長，不利于實際工程參考。本發(fā) 明可以在相對較短的運算時間這ー顯著的改進(jìn)后，實現(xiàn)埋管與周圍在熱滲耦合情況下，通 過隱式數(shù)值迭代方法，計算出大規(guī)模管群周圍土壤溫度分布隨滲流變化的情況，為實際的 工程設(shè)計及研究提供相應(yīng)的參考依據(jù)。因此，本發(fā)明提出ー種熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬新的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬方法， 本發(fā)明能夠方便地取得大規(guī)模管群周圍土壤溫度分布隨滲流變化情況，有效縮短運算時 間，并擴(kuò)大計算管群的規(guī)模。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
ー種熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬方法，其特征在于包括以下
步驟
步驟I :輸入模型條件及巖土熱物性數(shù)據(jù)作為算法的初始參數(shù)；
步驟2 :初始化管群模型及土壌的相關(guān)參數(shù)，包括步驟I中所提到各項參數(shù)；
步驟3:初始化循環(huán)指針t=1，A T=r,r為時間t的變化步長,系統(tǒng)運行時間t的變 化范圍為I t，t為設(shè)定的系統(tǒng)運行截止時間；
步驟4:判斷T≤t，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟5 ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟8 ;
步驟5 :調(diào)用熱流量子程序，計算得到熱流場的分布情況；
步驟6 :調(diào)用溫度迭代子程序，計算得到溫度場的分布情況；
步驟7:改變運行時間い執(zhí)行T = T+r，回到步驟4，進(jìn)入下ー個子循環(huán)；
步驟8 :輸出溫度場計算數(shù)值結(jié)果，進(jìn)而獲取設(shè)定滲流速度和土壤參數(shù)情況下土壌各 處溫度值。其中條件及巖土熱物性數(shù)據(jù)包括管群排列方式、管群數(shù)量、管群邊界條件設(shè)置、土 壤初始溫度為tQ、土壤導(dǎo)熱系數(shù)為\、土壤比熱容為C、土壤比熱容為Cw、土壤密度為P、恒 定熱流值為q、土壤含水率《和地下水滲流速度U。子程序熱流量子程序的步驟如下步驟A :熱流場初始化，各個網(wǎng)格節(jié)點處初始賦值為零；
步驟B :初始化循環(huán)指針i=l, i的變化步長為1 ;
步驟C :初始化循環(huán)指針j=l, j的變化步長為1 ;
步驟D :判斷j≤N，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟E ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟G，N值表示縱向網(wǎng)格 數(shù)，由熱流場初始化時得到；
步驟E :通過計算模型計算判斷該點是否為埋管節(jié)點，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟F ;如果否， 則執(zhí)行j=j+l，轉(zhuǎn)入步驟D ;
步驟F :記錄節(jié)點賦值，執(zhí)行j=j+l,轉(zhuǎn)入步驟D ；
步驟G :執(zhí)行i=i+l ；
步驟H :判斷i≤M，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟I ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟C，M值表示橫向網(wǎng)格 數(shù)，由熱流場初始化時得到；
步驟I :將熱流場數(shù)據(jù)傳遞返還給組程序。子程序溫度迭代子程序的步驟如下
步驟a :溫度場初始化，各個網(wǎng)格節(jié)點處初始賦值為初始地溫tQ ；
步驟b :初始化循環(huán)指針i=l, i的變化步長為1 ;
步驟c :判斷i≤M，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟4 ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟h，M值表示橫向網(wǎng)格 數(shù)，由溫度場初始化時得到；
步驟d :初始化循環(huán)指針j=l, j的變化步長為1 ;
步驟e :判斷j≤N，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟f ;如果否，則執(zhí)行i=i+l，轉(zhuǎn)入步驟c，N值 表示縱向網(wǎng)格數(shù)，由溫度場初始化時得到；
步驟f :通過計算模型計算該點處溫度值，模型計算可通過下式得到
權(quán)利要求
1.ー種熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I:輸入模型條件及巖土熱物性數(shù)據(jù)作為算法的初始參數(shù)； 步驟2 :初始化管群模型及土壌的相關(guān)參數(shù)，包括步驟I中所提到各項參數(shù)； 步驟3:初始化循環(huán)指針τ=1，Λ T=r,r為時間τ的變化步長,系統(tǒng)運行時間τ的變化范圍為I t，t為設(shè)定的系統(tǒng)運行截止時間； 步驟4:判斷τ彡t，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟5 ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟8 ; 步驟5 :調(diào)用熱流量子程序，計算得到熱流場的分布情況； 步驟6 :調(diào)用溫度迭代子程序，計算得到溫度場的分布情況； 步驟7:改變運行時間τ，執(zhí)行τ = τ+ι·，回到步驟4，進(jìn)入下ー個子循環(huán)； 步驟8 :輸出溫度場計算數(shù)值結(jié)果，進(jìn)而獲取設(shè)定滲流速度和土壤參數(shù)情況下土壌各處溫度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬方法，其特征在于所述步驟I模型條件及巖土熱物性數(shù)據(jù)包括管群排列方式、管群數(shù)量、管群邊界條件設(shè)置、土壤初始溫度為b、土壤導(dǎo)熱系數(shù)為λ、土壤比熱容為C、土壤比熱容為Cw、土壤密度為P、恒定熱流值為q、土壤含水率ω和地下水滲流速度U。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬方法，其特征在于所述熱流量子程序的步驟如下 步驟A :熱流場初始化，各個網(wǎng)格節(jié)點處初始賦值為零； 步驟B :初始化循環(huán)指針i=l, i的變化步長為I ; 步驟C :初始化循環(huán)指針j=l, j的變化步長為I ; 步驟D :判斷j彡N，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟E ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟G，N值表示縱向網(wǎng)格數(shù)，由熱流場初始化時得到； 步驟E :通過計算模型計算判斷該點是否為埋管節(jié)點，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟F ;如果否，則執(zhí)行j=j+l,轉(zhuǎn)入步驟D ; 步驟F :記錄節(jié)點賦值,執(zhí)行j=j+l,轉(zhuǎn)入步驟D ； 步驟G :執(zhí)行i=i+l ； 步驟H :判斷i彡M，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟I ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟C，M值表示橫向網(wǎng)格數(shù)，由熱流場初始化時得到； 步驟I :將熱流場數(shù)據(jù)傳遞返還給組程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱滲耦合作用下地源熱泵地理管溫度場數(shù)值模擬方法，其特征在于所述溫度迭代子程序的步驟如下 步驟a :溫度場初始化，各個網(wǎng)格節(jié)點處初始賦值為初始地溫tQ ； 步驟b :初始化循環(huán)指針i=l, i的變化步長為I ; 步驟c :判斷i彡M，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟4 ;如果否，則轉(zhuǎn)入步驟h，M值表示橫向網(wǎng)格數(shù)，由溫度場初始化時得到； 步驟d :初始化循環(huán)指針j=l, j的變化步長為I ; 步驟e :判斷j≤N，，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟f ;如果否，則執(zhí)行i=i+l，轉(zhuǎn)入步驟C，N值表示縱向網(wǎng)格數(shù)，由溫度場初始化時得到；步驟f:通過計算模型計算該點處溫度值，模型計算可通過下式得到
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熱滲耦合作用下地源熱泵地埋管溫度場數(shù)值模擬方法，用于熱滲耦合作用下地源熱泵地埋管溫度場數(shù)值模擬，創(chuàng)新性地視土壤與地下水之間熱交換為內(nèi)熱源，簡化方程中內(nèi)熱源項。通過初始輸入管群模型條件及巖土熱物性數(shù)據(jù)、迭代步長r，采用隱式迭代計算，進(jìn)而獲取設(shè)定滲流速度和土壤參數(shù)情況下土壤各處溫度值。本發(fā)明能夠方便地取得大規(guī)模管群周圍土壤溫度分布隨滲流變化情況，對計算機(jī)硬件要求低，通用性強(qiáng)，有效縮短運算時間，并擴(kuò)大計算管群的規(guī)模。
文檔編號G06F19/00GK102663243SQ201210089228
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者張磊, 鄭曉紅, 錢華 申請人:常熟南師大發(fā)展研究院有限公司