一种中深层与浅层混合地埋管的实验系统及方法与流程

本发明属于可再生能源、地热能利用领域，尤其涉及一种中深层与浅层混合地埋管的实验系统及方法。

背景技术：

1、地埋管地源热泵是利用地下相对恒定的温度场作为冷源或者热源的一种供冷供热系统，其中地埋管是利用循环水作为换热介质，将地下的热或者冷提取到地表与热泵的蒸发器或者冷凝器进行换热的装置。目前，从埋管的深度分类，可以大致分为浅层地埋管和中深层地埋管两种垂直埋管形式。在中深层与浅层地埋管混合管群的换热研究中，由于没有真实模拟出地层分布情况，地埋管没有处于均匀的地温梯度环境中，实验结果不准确，无法为工程实践提供准确的理论支撑与依据。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种中深层与浅层混合地埋管的实验系统及方法。

2、本发明是这样实现的，一种中深层与浅层混合地埋管的实验系统，该系统包括：

3、地埋管换热器模型、实验砂箱、高温水箱、低温水箱、数据采集装置；

4、所述的实验砂箱置于高温水箱上表面与低温水箱的下表面之间，其中实验砂箱下表面与高温水箱上表面相接触，砂箱上表面与低温水箱下表面相接触；

5、所述实验砂箱包括箱体和多层由上至下分布的具有不同热物性参数的土壤组成的实验地层；所述实验地层处于砂箱箱体内，所述的埋管换热器模型纵向插装在实验地层中间位置并穿过实验地层的多层土壤；所述数据采集装置用于数据的采集。

6、进一步，所述的数据采集装置包括若干热电偶、温度计、流量计、存储器、显示器和传感线；所述的若干热电偶纵向均匀分布在实验砂箱的实验地层中，其中，处于最上层的土壤层表面设置一排热电偶，最下层的土壤底部设置一排热电偶；所述的若干个热电偶在径向方向上靠近埋管换热器模型处密集分布，远离埋管换热器处稀疏分布；所述温度计安装在埋管换热器模型的进口和出口处；所述流量计安装在埋管换热器模型的进口处；所述的热电偶、温度计、流量计通过传感线与存储器相连，数据由显示器显示。

7、进一步，所述的埋管换热器模型为单管埋管换热器模型，根据管长不同分为中深层埋管换热器模型和浅层埋管换热器模型两种类型。

8、进一步，所述的埋管换热器模型为管群换热器模型，其由若干根不同长度的埋管按照一定的布置方式组成。

9、进一步，每根埋管均为套管形式，包括外层腔、内层腔、外进水口和内出水口；所述的内层腔处于外层腔内且二者相通；所述的外进水口处于埋管的上端并与外层腔相通，所述的内出水口处于埋管的顶端并与内层腔相通。

10、本发明另一目的在于提供一种实施所述中深层与浅层混合地埋管的实验系统的中深层与浅层混合地埋管的实验方法，具体实验步骤如下：

11、s1，确定埋管换热器模型的类型；

12、s2，确定埋管的位置并固定，确定热电偶的位置并固定；

13、s3，向砂箱箱体中分层填充已知物性参数的不同土壤，形成实验地层；

14、s4，将循环水的出水管与埋管的进水口连接，埋管的出水口与循环水的进水管连接，开启水泵，使埋管中充满循环介质；

15、s5，将热电偶、流量计、温度计通过传感线与存储器相连；

16、s6，静置实验系统，通过显示器观察土壤温度与循环水温度，直至与环境温度相同；

17、s7，设置确定的地温梯度，通过控制高温水箱与低温水箱的温度，提供恒定的地温梯度；

18、s8，静置实验系统，通过显示器观察土壤温度直至土壤温度呈现一定梯度并保持稳定；

19、s9，设置模拟热负荷，确定循环流量和运行时间；

20、s10，开启水泵进行换热实验，存储器储存整个运行时间内的温度、流速、流量、地温梯度、热负荷和土壤温度；

21、s11，计算运行时间内的埋管换热器模型的换热量，获得运行结束时的土壤热影响半径图。

22、进一步，所述的步骤s1中为管群埋管换热器模型，并设计若干根埋管的布置方式；在结束步骤s11后，将砂箱内的土壤清出，确定下一种管群布置方式，重复步骤s1至步骤s11，同时保证除了管群布置方式不同外其他条件保持不变；在完成所有管群布置方式的实验后，比较不同管群布置方式在运行时间的管群换热量和运行结束时的土壤热影响半径，分析得出管群布置方式对换热能力的影响。

23、本发明另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述中深层与浅层混合地埋管的实验系统的实验方法。

24、本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述中深层与浅层混合地埋管的实验系统的实验方法。

25、本发明另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的中深层与浅层混合地埋管的实验系统。

26、结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

27、第一、本发明有效解决了目前对于中深层与浅层地埋管混合管群，还没有合适的实验系统及方法来真实模拟地层分布情况，使地埋管处于均匀的地温梯度环境中，进而为工程实践提供准确的理论支撑与依据的问题，可以对埋管换热器模型采取不同的布置形式来测试不同管群布置形式的换热效果，为工程实践提供理论支撑和依据。

技术特征：

1.一种中深层与浅层混合地埋管的实验系统，其特征在于，该系统包括：地埋管换热器模型、实验砂箱、高温水箱、低温水箱、数据采集装置；

2.根据权利要求1所述的中深层与浅层混合地埋管的实验系统，其特征在于：所述的数据采集装置包括若干热电偶、温度计、流量计、存储器、显示器和传感线；所述的若干热电偶纵向均匀分布在实验砂箱的实验地层中，其中，处于最上层的土壤层表面设置一排热电偶，最下层的土壤底部设置一排热电偶；所述的若干个热电偶在径向方向上靠近埋管换热器模型处密集分布，远离埋管换热器处稀疏分布；所述温度计安装在埋管换热器模型的进口和出口处；所述流量计安装在埋管换热器模型的进口处；所述的热电偶、温度计、流量计通过传感线与存储器相连，数据由显示器显示。

3.根据权利要求2所述的中深层与浅层混合地埋管的实验系统，其特征在于：所述的埋管换热器模型为单管埋管换热器模型，根据管长不同分为中深层埋管换热器模型和浅层埋管换热器模型两种类型。

4.根据权利要求2所述的中深层与浅层混合地埋管的实验系统，其特征在于：所述的埋管换热器模型为管群换热器模型，其由若干根不同长度的埋管按照一定的布置方式组成。

5.根据权利要求3或4所述的中深层与浅层混合地埋管的实验系统，其特征在于：每根埋管均为套管形式，包括外层腔、内层腔、外进水口和内出水口；所述的内层腔处于外层腔内且二者相通；所述的外进水口处于埋管的上端并与外层腔相通，所述的内出水口处于埋管的顶端并与内层腔相通。

6.一种实施如权利要求1-5任意一项所述中深层与浅层混合地埋管的实验系统的中深层与浅层混合地埋管的实验方法，其特征在于，具体实验步骤如下：

7.根据权利要求6所述的一种中深层与浅层混合地埋管换热实验的方法，其特征在于：所述的步骤s1中为管群埋管换热器模型，并设计若干根埋管的布置方式；在结束步骤s11后，将砂箱内的土壤清出，确定下一种管群布置方式，重复步骤s1至步骤s11，同时保证除了管群布置方式不同外其他条件保持不变；在完成所有管群布置方式的实验后，比较不同管群布置方式在运行时间的管群换热量和运行结束时的土壤热影响半径，分析得出管群布置方式对换热能力的影响。

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求6所述中深层与浅层混合地埋管的实验系统的实验方法。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求6所述中深层与浅层混合地埋管的实验系统的实验方法。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1～5所述的中深层与浅层混合地埋管的实验系统。

技术总结本发明属于可再生能源、地热能利用领域，公开了一种中深层与浅层混合地埋管的实验系统及方法，该系统包括：地埋管换热器模型、实验砂箱、高温水箱、低温水箱、数据采集装置；所述的实验砂箱置于高温水箱上表面与低温水箱的下表面之间；所述实验砂箱包括箱体和多层由上至下分布的具有不同热物性参数的土壤组成的实验地层；所述实验地层处于砂箱箱体内，所述的埋管换热器模型纵向插装在实验地层中间位置并穿过实验地层的多层土壤；所述数据采集装置用于数据的采集。本发明包含不同的埋管换热器模型，可以对埋管换热器模型采取不同的布置形式来测试不同管群布置形式的换热效果，为工程实践提供理论支撑和依据。技术研发人员：阮宇,章继成,雷奕迅,杨羽婷受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29