trnsys知识总结

一模块解析1控制卡中模拟时间的选择start一一stop 一般情况下，模拟只能是开始时间小于结束时间 一年中不同的月份以及其对应的小时数和天数月份天数小时数110232744360141649121605121288061523624718243448213508892445832102746552113057296123358016136687602 eqilation tool的应用和简介功能：简单的计第：如 outputl=2*input2+sin (10*input3) +inputl*3/20逻辑运算：output=GT (input 1, input2)可以替代type2来当作控制器来控制机器的开关output=M0D (time, 24)判断一年的总时间在一天中的时间主要用于1 .作为控制器来控制开关2 .简单的负荷计算，作为时间的函数3 .后处理工具，作为计算器来出来方程式，如集热器的效率计算，太阳能保证率, 系统保证率等计算。4 .控制设备运行时刻表，这个功能比较差一点，建议用typel4替代这个功能。5 .建筑里面控制方位角。逻辑函数简介:1. ABS0取绝对值2. ACOS ()反余弦函数3. AND(,)逻辑并4. ASINO反正弦函数5. ATAN0反正切函数6. COS ()余弦函数7. EQL( a, b )如果a等于b,返回1,否则返回08. EXP （） e的次方，自然对数9. GT（ a, b ）如果a大于b,返回1,否则返回010. INTO取整数 11.0R(,)逻辑或12.LNO13. LOGO14. LT( a,b15. MAX (,)16. MIN(,)17. MOD (,)18. NOT ()19. SINO20. TANO21. CONST22. TIMED23. START ()24. STOP ()25. STEP ()line loglO ）如果a小于b,返回1,否则返回0取最大取最小取余数逻辑非正弦函数正切函数常数模拟的时间开始时间结束时间时间步长26. LE(a , b)27. NE(a ,b )28. AE(,)29. GE (a , b)如果a小于或者等于b,返回1,否则返回0如果a不等于b,返回1,否则返回0如果a大于等于b,返回1,否则返回03温差控制器太阳能-土壤源热泵系统模拟程序的运行除了要按照模型结构准确定义模拟 参数和输入输出关系以外，还需要加入合理的控制模块。其中，热泵机组供热和 制冷运行模式的切换信号由季节控制器给出；循环水泵和热泵机组的启停由温差 控制器决定。以太阳能集热器系统为例，系统的运行采用温差控制方式：当集热 器出口与水箱底部的温差大于设定温度（5-10C）时，控制器发出信号，循 环泵开启，系统开始工作，热量从集热器传输到蓄热水箱；当温差小于设定值 （2-4）时，集热效率较低，循环泵停止运行。控制器输出的控制信号力，同 时作为其下一时刻的输入值。用和乙分别代表集热器出口和蓄热水箱底部的 流体温度，则温差控制器模型的原理可表示为，1 .控制器的输入信号片为1时：若一乙则输出信号九二1；若乙一.则输出信号九二0。2 .控制器的输入信号兀为0时：若则输出信号九二1;若AT T” 一 则输出信号九=0 O图2-13温差控制模块工作原理4水泵水泵作为为整个管路的动力装置，在闭式循环系统中，水泵为其所在管路提供所 需要的流量，水泵忽略其的入口流量，即水泵的入口流量不作为其计算的参考值, 而耗能等数据根据出口流量计算得出，出口流量则是有用户自己来觉得的。（1）定速泵 typell4图2其额定流量（参数1）为泵实际工作时的流量，也就是出口流量，其额定功率（参 数3）为实际工作时的功率，并不是我们平常所说的水泵的额定流量和额定功率, 而是泵的工作点的流量和功率，工作点就是系统性能曲线和泵的性能曲线的交 点，这个交点的确定步骤为1）根据冷热负荷和温差计算得出泵的理想工作流量，根据管路的阻抗确定工作 流量下克服管道阻力所需要的水头。2）根据理想工作流量和管路的阻力水头选择适合的定速泵，确定其实际工作时 的流量和功率3）分别输入到参数1和参数3中。水泵的工作点的确定如图3volumetric flow rate l/s【Lu】 pdoq图3(2)定速泵 Type747Parameter| Input | Ou.tput |JJ1Desien flow zate10000. 0虻More.2Desi cn head40. 0mMore.3sFlui d specific heat4. 1?More.4出Fluid density1000. 0处加飞Xore.5he&t loss fraction.0. 0More.6息Loci cal unit for pxunp data file99More.7盘Humber of pump data points12More.8建Coefficients for system curve1More.QGw，om m，y,ra ccoff； c，art，A A-I*1Derivative Special Cards External Files Comment图4如图4所示，parameter中的IDesign flow rate是指rated flow rate即额定流量，这个额定流 量就是变速泵的名牌上标的额定流量，Design head是指侬ed head即额定流量卜.的水头，在 选择变速泵时往往是根据这个两个值来选的。Parameter | Input I Output | Derivative | Special Cards | External Files | Corriment匚叵区4Fluid d.ensi171000. 0kc/ma3Wore.5Motor heat loss fraction0. 0Move.6息Loeical unit for pump data file99More.7才Wiunbex of pmjtid data point s12More.$才Coefficients for system curve3More.9System curve coefficient-10. 0More.10才System curve coefficient_20. 0More.11才System curve coefficienf_30. 0More.如图5所示，对于系统的性能曲线，type748是通过在panunete中定义实现的 定义的参数从8到II,所定义的公式如下7)3其中参数=即 + / + a?广 + a” + 70.1 Normalized mass flow rate (desired flow rate I rated flow rate)是指标准化的水头其值等于需要的流量/额定流量h是指标准化的水头，其值等于实际水头/额定水头而a?就是指图四中的参数9到11,注意这个值和实际系统的性能曲线中的参数是不一样的，实际系统的性能曲线为” =。+ 。+ c。2其中H为水头，Q为流量。参数8coefficients for system curve就是定义a的个数，如果这个数变大，参数9 一下的参数 数量也会相应的增加，由于系统性能曲线一般为二次曲线，所以这个数一般为3Example Pump Data Fileo.oE7o176576476F7o?7o_tTo_sTo_s751o.o! voiunotzic flow rata6.1001.0PumpableheadandOverall pump efficiencyat001/s6.0000.9PurrpableheadandOverall purr.pefr.ciencyat01/s5.8700.8PurpableheadandOverall purpeff.ciencyat01/S5.6000.7PureAndOvArdll ur.peat01/s5.2600.6?iiE.pableheadandOveral- puir.pefx-ciencyat01/s4.?500.5?urpableheadandOverall p5r.peff.ciencyat01/s4.4900.4PureAblehoadAndOverall pur.poff-CxaneyAt6工/专4.0?00.3PucxableheadandOverall pwpefi-ciencyat7C1/s3.6000.2PurpableheadandOverall pur.peff.ciency3t801/s3.0000.1PiicxaMehealandOverall pwpeff-ciencyatgc1/s1.5600.0?urx：ableheadandOverall ptr.peff.ciencyat10.0 1/s图6为了更加准确的获得定速水泵的实际工作点，对于水泵的性能曲线是通过外部文件的方式输 入的如图6所示，第一行是指体枳流量，单位是升/秒，也就是Kg,& 一般trnsys的流量单位是 kg. 11,后者是前者的3600倍。这个参数的个数要在图二中的参数7number of pump data points 中定义。卜面的各行是在相应的体积流量下的泵所能提供的水头和泵的总效率水头的单位是m泵的总效率=水泵的效率X电机效率 即 overall pumping? motor1留Iniet fluid tempera.ture20. 0CMore.2Inifluid floxv ra.te0. 0kE/hrMore.3Control signal1. 0More.4Motor efficiency0 9More.图7电机效率为图中Input的第4个参数5变频水泵如卜图所示，变频泵的工作点是由系统的性能曲线和泵的性能曲线的交点确定的【E】pctBUvolumetric flow rate l/sl泵的性能曲线为不同转速下的性能曲线，其实这个曲线是一个区域，即变频泵的工作区域。 系统的性能曲线一般为二次曲线H = a + bQ + cQ2其中H为水头，Q为流量。式中a、b、c三个数值的不同，对于水泵的工作点的确定是至关重要的。卜图为实际变频供工作状态举例流量m3/h25%50%75%100%分别是指额定转速的百分比以下是tinsys中关于变频水泵的一些总结Tmsys中通过外部文件来确定泵的性能曲线的变频泵的种类!Type748输入流量2Type749输入功率3Type750输入转速Type748是根据需要的出口流量来确定其他参数的，下面以type748为例如下图一所示，这个需要的出口流量指的是Input中的3Desired outlet flow rate,这个值在 Input中就是说，这个值是根据自己的需要变化的，可以自己定义的，即可以通过外部文件 的方式输入，也可以通过模拟系统中的其他参数利用计算器计算出来。ectlO.tpf) Type748ParameterElJj1的Inlet fluid temperature20. 0CWore.2的Inlet fluid flow rate0. 0kE/hrWore.3的Desired out let flow rate10000. 0ke/hrMore.4点Motor efficiency0. 9More.Input | Output I| Comment |Derivative | Special Cards | External Files图一H0,uParameterOutput | Derivative | Special Cards | External Files | Comment图二如图二所示，parameter中的IDesign flow rate是指rated flow rate即额定流量，这个额定流 量就是变速泵的名牌上标的额定流量，Design head是指rated head即额定流量下的水头，在 选择变速泵时往往是根据这个两个值来选的。司JJ5宓Jfotor heat loss fraction0. 0Wore.a6Loci cal unit for dujtid data file30More.7Humber of Dumvpoints12一More.8AHumber of pump speeds7Wore.36Coefficients for system cuzve3：More.10Srstem curve coefficieM-10. 0一More.11ASystem curve coefficient-20. 0Wore.126System curve coeffi cienl_30. 0More.qiParameter | Input | Output | Derivative | Special Cards I External Piles I Comment图四如图四所示，对于系统的性能曲线，type748是通过在paiamete中定义实现的 定义的参数从9到12,所定义的公式如下7?3其中参数h + ciyy + d-)y +47 + 70-.1 Normalized mass flow rale (desired flow rate / rated flow rate)是指标准化的水头其值等于需要的流量/额定流量h是指标准化的水头，其值等于实际水头/额定水头而3031 a?就是指图四中的参数10到12,注意这个值和实际系统的性能曲线中的参数是不一 样的，前面已经提到，实际系统的性能曲线为” =。+ /?。+ C。?其中H为水头，Q为流量。参数9Coefficients for system cuive就是定义a的个数，如果这个数变大，参数9 一下的参数 数量也会相应的增加，由于系统性能曲线一般为二次曲线，所以这个数一般为3O 0.25 8.5 0.75 10 5 IO 15 2。25 30 35 内 45 50 55 60 65 700000000 00 00 000.25 6463 0.677 0.752 0.717 0.715 0.71B.72 07 G.72 6.71 8.7 8.71 0.72 0.7 0.15 0.282 。.聃1 0.597 0.682 fl. 733 G.7617.67.16.666.175.225.215.25.1N.9 M8 a.78 h.75 h.7 2.7 28.7 28.6 28.528 .口 28.3 27.126.a图五 如图五所示，变速泵的性能曲线由于比较更杂，所以是通过外部文件的方式输入的第一行是速度比，是指当先水泵转速/额定转速，这个在选择变速泵时，厂家会给出每一个 速度比下对应的一条性能曲线。这个参数的个数要在图二中的参数8number of pump speed 中定义。第二行是指体积流量，单位是升/秒，也就是Kg,& 一般trnsys的流量单位是kg/h,后者是 前者的3600倍。这个参数的个数要在图二中的参数7number of pump data points中定义。下面的各行是在相应的体积流量和速度比下的泵所能提供的水头和泵的总效率水头的单位是m泵的总效率=水泵的效率X电机效率即 overall* pumping motor电机效率为图一种Input的第4个参数Type748根据所需要的流量来读取泵的性能曲线的外部文件并和系统的性能曲线来组合计 算，这是一个迭代计算，知道两个曲线的交点的流量和所需要的流量一致时迭代停止。这个迭代是从所需要的流量和0速度比时开始的，要保证所需要的流量在外部文件的最大值 最小值之间选泵时要注意1泵一定要留有一定的余量，或者要根据最大负荷时的流量来选，不然的话水泵在运行外部 文件时如果流量较大时，找不到外部文件中的对应数值，迭代就会溢出。2如果使用变频泵要尽量使水泵在25%以上的转速运行，因为这一般是实际水泵的性能曲线 的下限。3如果所需流量有部分小流量时，那就要在开始设置，0%转速和0流量的情况，这样水泵 在运行时会自动通过差值计算小流量参数，从而不会超过外部文件中的最小值（外部文件已 经是0,不会比这个更小了）。6热泵每地源热泵两个换热器多为壳管式换热器，即地源热泵为水系统形式的热泵，在 trnsys中选择type668水水热泵。Type668的模型依据是建立在热泵本身不能变频的基础之上的，即热泵自身没有 调节能力，热泵是全负荷运转的，而热泵的制冷能力则是根据源侧和负荷侧水的 入口温度来决定的，不同负荷侧和源侧入口温度对应的制冷能力和能耗可以从产 品的样本中查出。在不同源侧和负荷侧水的入口温度对应的制冷能力和能耗是type从外部文件中 调用的，需要用户根据自己的需要，在选择了适当的热泵之后，自己建立外部文 件。热泵的外部文件包括两个：1）制冷运行数据2）制热运行数据 如图8所示Parameter ） Input | Output ） Derivative ） Special Cards External Files | Comment |1Which, file contains the cooling performance data?Sample. DatBrowseEdit.2置Which, file contains the heatinc performnce data?Samp_K. datBrowseEdit.图8对于外部文件的编写-3.89 7.22 12.78 18.33fUalues of Entering Load Tenperatures in Degrees Celsius7.22 12.7B 18.33 23.89 29.3 37.78 fUalues of Entering Source Temperatures In Degrees CelsiusK9.94V.019.1010.31Tlotal Cooling(lU)and Pouer at -3.89/7.22Tlotal Cooling(kU)and Pouer at -3.89/12.78岫1911.*%flotal Cooling(kU)and Power(kW) at -3.89/18.33N1.2012.5UTotal Cooling(kU)and Power(kW) at -3.89/23.8938.3913.7MTotal cooling(kU)and Poupr(kW) at -3.89/29.U433.2916.16Tlotal Cooling(lU)and Pouer at -3.89/37.787。8416.6%flotal Cooling(kU)and Power(kW) at 7.22/7.2272.2711.94Total Cooling(kV)and Power(kW) at 7.22/12.7867.9913.3UTotal Cooling(kU)and Power(kW) at 7.22/18.3363.3614.60Tlotal Cooling(lU)and Pouer at 7.22/23.89S9.0815.90flotal Cooling(kU)and Power(kW) at 7.22/29.hN5。8218.70flotal Cooling(kU)and Power(kW) at 7.22/37.7890.6711.3UTotal Cooling(kU)and Power(kW) at 12.78/7.2284.5812.84Tlotal Cooling(lU)and Pouer at 12.78/12.7889.39m.2iTlotal Cooling(kU)and Pouer at 12.78/18.3374 仙15.60flotal Cooling(kU)and Power(kW) at 12.78/23.8。69.8616.90Total Cooling(kU)and Power(kW) at 12.78/29.1i46D.US19.90Total cooling(kU)and Poupr(kW) at 12.78/37.781S3 .八12.10Tlotal Cooling(lU)and Pouer at 18.33/7.2297.5913.7%flotal Cooling(kU)and Power(kW) at 18.33/12.7891.7915.24Total Cooling(kV)and Power(kW) at 18.33/18.3385.6316.74Total Cooling(kU)and Power(kW) at 18.33/23.8979.7718.20TTotal Cooling(kU)and Power at 18.33/29.*图9制冷时的外部文件|32.22 37.78 43.33 48.89 ! Values of Entering Load Temperatures in Degrees Celsius-3.89 4.V* 12.78 21.11 29.44 ! Ualues of Entering Source Temperatures in Degrees Celsius56.0018.02TotalCooling(kW)and Power(kW) at 32.22Z-3.8976.9020.12TotalCooling(kU)and Power(kW) at 32.22/4.4497.4722.32TotalCooling(kU)and Power(kW) at 32.22/12.78118.0424.62TotalCooling(kU)and Power(kW) at 32.22/21.11138.6226.76TotalCooling(kU)and Power(kW) at 32.22/29.445M.8019.52TotalCooling(kU)and Power(kW) at 37.78Z-3.8971i.Q621.92TTotalCooling(kW)nd Power(kW) at 37.78/MJPi95.302U.18TTotalCooling(kW)and Power(kW) at 37.78/12.78115.5826.56TTotalCooling(kW)and Power(kW) at 37.78/21.11135.8628.98HotalCooling(kW)nd Power(kW) at 37.78/29.UU53.7520.92HotalCooling(kW)nd Power(kW) at U3.33/-3.8973.8523.2HotalCooling(kW)nd Power(kW) at h3.33/H.UU93.6025.88TotalCooling(kW)nd Powpr(kW) at U3.32/12.78113.4128. UZTotalCooling(kW)an(1 Powpr(kW) at U2.33/21.11120.2731.18TotalCooling(kW)an(1 Powpr(kW) at U2.33/29.UU52.6322.32Totalcooiing(kw)and Power(kW) at U8.89/-3.8971.9725.16Totalcooiing(kw)and Power(kW) at U8.89/4.4491.4327.78TotalCooilng(kW)dnd Power(kW) at 48.89/12.78104.5030.52TotalCooling(kW)and Power(kW) at 48.89/21.11104.5033.22TotalCooling(kW)and Power(kW) at 48.89/29.44图10制热时的外部文件 外部文件说明：第一行为负荷侧换热器水的入口（相对于热泵负荷侧换热器而言）温度第二行为源侧换热器水的入口温度以下各行为对应各负荷侧入口温度和源侧入口温度下的制冷（制热）量和相应的 热泵功率FaraiHGter Input | Output | Derivative | Special Crds | External Files | Comment1西Source speci fie heat4. 190kj/ke. KMore.2忐Load specific heat4. 190kj/kE. KMore.3昌Loci cal unit number for coo line data file98：一More.4的Niunber of source t empera tures 一 cooliRE6Wore.5忐IPumber of 103d t-emperatures 一 coolIhe4More.6岛Loci cal unit for heat ine data33一Wore.73Hiunber of souxce temps. 一 heat inc5More.8Number of load terrips. 一 heatine4w. Ml)图11用户根据厂家所提供的产品样本确定好了外部文件后，需要对type668的 parameter进行修改：参数4为制冷外部文件中第二行源侧换热器水的入口温度的个数参数5为制冷外部文件中第一行负荷侧换热器水的入口温度的个数参数7为制热外部文件中第二行源侧换热器水的入口温度的个数参数8为制热外部文件中第一行负荷侧换热器的水的入口温度个数对于以上参数要保证所模拟的各温度处于相应的区间之内，不能超过外部文件中 各参数的最大值和最小值。参数9为热泵的个数，如此型号的热泵只有一台则此参数为1InputJji6Inlet source temperature40. 0cMore.2Source flow rat e54121.23kc/hrMore.36Inlet Load temperature20. 0CMore.4Load. TLow rate81875.1ke/hrMore.5Ccolins control sigzial1More.6Meat in巴 cont rol si cxial0More.Special Cards | External Tiles | Corriment图12如图所示个参数为type668的input,参数5为热泵制冷启停的控制信号，若这 个参数大于等于0.5则热泵制冷开启，若小于0.5则制冷关闭。参数6为热泵制 热启停的控制信号，若这个参数大于等于0.5则热泵制热开启，若小于0.5则制热关闭。如果这两个信号同时为开启状态，那么trnsys会默认为热泵处于制热状态而忽 视制冷信号。7时间控制对于各设备的启停是通过信号的输入来控制的，有的时候我们需要以时间为 控制依据，在以时间为控制依据的时候，这个控制信号就是时间的函数，一般的 设备当其运行时，输入信号为1,当其关闭时，输入信号为0.若我们以这两个数 作为启停的控制信号，那么控制信号就是时间的阶跃函数。一般情况下可以选用typel4h下面是一个简单的例子，假设设备在一年当中的前4000小时是不工作的，在4000 到8760这段时间是工作的。也就是一共有三个时间点，起始时间为0,这个点 时不工作的，所以其值为0；最后的时间点是8760,设备在这个点时工作的，所 以其值为1;中间的点是4000,它的值该怎么设定呢？我们做如下设置：1杳Initial value of time0hiMore.2含Initial value of function0anyMore.3含Time at poinf-14000hiMore.4含Value at point -10anyMore.5G?Tim。 fit point-24000hiMore 6Value at point -21anyMara7Time at point-38760hiMore.8Value at point -31anyMore.| Input ) Output ) Derivative ) Special Cards ) External Files Comment |1 IBesides the initial point, hew mary points nake ud the | forcinc function?图13Function editorValue of time图14最终出现一个阶跃的函数，所以我们可以看出，在4000这个点需要设置两个值才能出现阶 跃的效果，即在变化的点要定义其变化前后的值。Average value of fiinction就是其输出的函数值。这是一个比较通用的方程，可以根据用户自己的需要来进行设置。对于制冷季节和制热季节的设置也可以采用以下的模块1制冷季节typel412制热季节typel4k其阶跃函数的设置原理和typel4h是相同的，但是这两个模块中的时间点的个数 和control signal的值是不能更改的，用户只能设置制冷（热）的起止时间。8地源换热器Type557aParameter中各参数的设置1Storace volume110411.38More.02Borehole depth100mMore.II3Header depth1mMore.)4Number of boreholes63More.5Borehole radius0. 1mMore.6Ho. of boreholes in series1More.7Number of radial regions1JMore.8Number of vertical recions10More.Q|qC + cyob。 Koyeo 1小，c S rrS O A OOllrT /x%. m VDerivative | Special Cards | External Files | CommentParameter | Input | Output |图15Bore SpacingEhLoCBDIIIpfh图16图17Gmund StorageLayers - Volume图18如图15所示参数1 storage volume蓄热体体积 这个参数是用户自己计算得出的蓄热体体积=IX井数X井的深度X(0.525X井中心距y参数2 borehole depth井的深度参数3 header depth U型管的顶部到地面的距离，可以参见图11参数4 number of boreholes井的个数参数5 borehole radius井的直径参数6 number of boreholes in series 一个串联管路中井的个数在U型管的布置上，可以是每个井中的U型管做为一个独立的回路，由分集水器 来连接各井，即各个井之间是并联的关系；也可以把其中部分井中的U型管串联, 然后通过分集水器连接到这些串联的U型管上，这些串联的管路中水的流量是相 同的，即这种连接形式同时存在串联和并联的关系。这个参数就是用来设置每个串联管路中井的个数的。一般的情况下各井之间都是并联的关系，故此值多为1参数7此参数为计算蓄热体内的局部换热情况的，径向的分区数量，他的数值 一定要等于或小于参数6参数8此参数也是计算蓄热体内的局部换热情况，是埋管的竖直方向的分区， 参数8和参数7的乘积必须小于121o参数9 土壤的导热率参数10 土壤的热容参数11每口井中埋管的数量，但是这个值是负值，比如，埋管的数量一般为1, 这个值就是-1参数12 U型管的外径，如图17, outer radius参数13 U型管的内径，如图17, inner radius参数14 U型管两管间的中心距 如图17 center-to-center half distance参数15井的回填材料的导热率参数16 U型管壁的导热率参数17间隙材料的导热率，间隙即为回填时，会造成埋管和回填材料不能完全 接触，形成一定的间隙，这些间隙中间多充斥着水或者空气参数18间隙的厚度参数19参考流速，此参数为的是计算U型管内和水的对流换热热阻，第一个作 用是带入计算雷诺数，判断流态，选择关联式，然后计算努赛尔数，最后求出对 流换热系数。对于此参数的选取，应根据冬季和夏季地埋管的不同流量适宜选取, 注意此流量为每根U型管的流量。参数20参考温度此参数是计算U型管对流换热热阻的参数，主要作用是选取 计算无量纲数的特征温度，在这个模块中自带水在不同温度下的物性参数，程序 会自动采用差值法得到对应温度下的物性参数，带入到关联式中计算热阻。此参 参数可采用默认值，也可以根据用户自己的情况来选取。参数21对同一根U型管进水管和出水管两管之间的传热进行设置的参数，0表 示不考虑两管间的传热，-1表示考虑两管间的传热。参数22 U型管中水的比热容参数23 U型管中水的密度参数24对于蓄热体绝热的设置，一般设置为0参数25 -27均为绝热设置，若参数24设为0,此处不用考虑参数28要模拟的年限，和实际相符，这个参数是为了程序决定其画网格的范围,模拟的年限短，网格就画的比较少，年限长，网格就往外延伸。参数29水进入地埋管的最高温度，默认值为水的沸点100参数30蓄热体顶部的地温初值（未受扰动前的）参数31模拟前蓄热体外部的温度梯度，一般情况下设为0,即周围温度场均匀。 参数32-38为预加热问题，保持默认即可。参数39设置土壤层的层数，和地质情况有关，如图18所示，不同的地质，热 物性参数不同，应根据不同的实际情况来设定。参数40-42为这一层的相应参数（若土壤层设置为1层）数学模型1 .主要传热过程 地埋管换热器与其周围土壤的传热分析建立在对蓄热区 域内主要传热过程精确描述的基础上。蓄热区域内部管群间大范围的热量流动决 定了蓄热器的热损失，而管群间的热量交换是通过蓄热区内的土壤进行的，这些 热量来自换热介质，其大小取决于埋管内部的换热特性。蓄热区域内部的热量流 动具有三维特性，在土壤物性不均匀的情况下更加明显。埋管外围的局部传热过 程在很大程度取决于蓄热区域内换热器的布置形式。总之，管群间的热量交换、 蓄热区土壤的热容量和埋管内部的换热特性是在分析地埋管换热器与其周围土 壤的传热过程时最需要考虑的问题。2 .次要传热过程 次要传热问题的影响很小或者较容易解决。其中有些问 题是由于选址不当造成的，例如地下水的流动明显增加了热量流失，此时可考虑 另外选址。地下水的自然对流、蓄热区域表层土壤条件的短期变化、土壤内部小 范围不均匀的热力性质等问题的影响很小，常常可以不作考虑。例如，在进行数 值模拟时，可以将蓄热区内土壤的原始温度取为定值，忽略其在竖直方向上的温 度变化。（3）数值计算过程(2-12)1 .总体问题 总体换热实质上是蓄热区域内两个热源之间的导热问题，涉 及到的是大规模的传热过程。假定土壤的物性均匀，换热器对称布置于圆柱形区 域内，作为内边界的圆柱中心线上没有热流通过，外边界的确定以不影响蓄热区 域内部换热过程为准。采用显示有限差分法，将蓄热区域按径向坐标i和竖向坐 标j划分为二维网格，如图2-3。通过节点的净热量将改变节点温度，从而保证 其能量守恒。半径方向上相邻节点（i-l, j）和（i, j）之间的热通量以差分方程 的形式表示为：Fr 0； j) = Kr (f, j) - T(f -1, j) - T(f, j)同理，垂直方I可上相邻节点和节点亿力之间的热通量表示为：匚& =T(i,力(2-13)其中K，和9分别表示径向、竖向节点间的导热系数。节点(i,力的两个内热源来 自于局部换热和介质循环引起的蓄热体内的换热，分别用。“ (i, j)和0 (i,力)表 示。已知,时刻的热源值、节点及地表温度，就可以按下式计算得到f + zV时刻节 点&力的温度值：TQ，力心=力,+ 工 & J) -工(，+ L 力 + F：(i, j)- F4,j + 1)(2-4)+ 0(i,J) + QGJ)W/C(i,J)图2-3蓄热区域网格划分2 .传热介质的热平衡 传热介质与周围土壤的温度差引起两者之间的热量 交换，热量交换的强度取决于介质流量等因素。在传热介质温度沿流动方向逐渐 变化的过程中，如果忽略介质中的瞬变因素，传热介质单位管长和单位体积的热 平衡方程式分别为：dTC/4加+-Ta) = Q(2-15)(2-16)cq、f =。其中，cf载热流体的体积比热，k/(Ag.K)；qf流体的流量，kg/h ； ry（5, t） 一一流体的温度,c；a一一流体与周围土壤节点的换热系数，Ta一一周围土壤节点的温度，C。定义衰减因子夕，则通过蓄热区域的传热介质的出口温度为：Tfoul=fiTfin+（i-）Ta（2-17）尸=e 哺=e 哺（2-18）其中，V蓄热体积，/；Qf流体的总流量，kg/h ；L一一蓄热体内管道的总长度，加；T/in一一换热介质的进口温度,。C。由式（2T7）可知：当介质流量趋向于。时，出口温度等于周围土壤温度乙； 反之，当介质流量趋于无穷大时，其出口温度将与进口温度相等。蓄热区域的总 得热量。和单位体积得热量9分别为：Q = CfQf（Tfin-Tfoul）（2-19）C.Qfq = L（l-P）（Trin-Ta）（2-20）3 .局部问题 两个钻孔之间的换热可通过划分径向网络来求解，蓄热区域V 被划分为N个子区域（图2-4,2-5）,假定每个子区域内每个管道都是相似的， 这样每个子区域只有一个局部换热问题：局部温度7；满足径向热传导方程：啜小著+手,0时，介质依 次经过匕，匕，Vv；当0YO时，方向相反。为达到某计算精度而划分出的 子区域的个数取决于传热介质沿流动方向温度变化幅度的大小，通常少数几个子 区域即可满足精度要求。每个子区域内都包含若干个节点，子区域k的平均温度 由来表示，进入该区域的介质进、出口温度分别用歹和乃丑表示，子区域k 内局部节点(F2)的平均温度为:(2-22)丁卜二T：g+T：介质进、出口温度的关系表示为:T+l=pkT+(l-j3k)Tk(2-23)(2-24)其中，4一一子区域k内管道的总长度;可一一管道内流体和管道外第一个小节点的换热系数。(2-25)将传热介质的进口温度定义为时间的函数:Tf=Trm(t)每个子区域内的进口温度T；,可以由式(2-23)连续的求出。同时得到(2-26)得到流体进口温度和出口温度的关系为:Tfom = BTfin + A式中A、B是取决于衰减因子夕的常数，A的取值还受土壤温度的影响。总体的传热效果可以写为：Q = CfQf（l-B）Tfill-A（2-27）将流体进口温度瑶设定为0,上式变为：。= G 0 A（2-28）以上两式相减，即可得到所需要的介质进口温度：Q-Q0=CfQf-B）Tfin（2-29）7 = Q-（2-30）g0（一）热通量等于总的吸（排）热速率与介质平均温度的乘积，瞬时排热量为： -兀）/2 =。,2娠-%）/22-31）4 .换热问题从局部过渡到整体 总体换热问题中的热源项内来源于介质与 局部问题的换热。在总体问题时间步长乙内，排入到子区域内的热量（局部问题） 用心表示，子区域k内的该热源项可表示为：/=/（% 匕）（2-32）r =幺（2-33）“ c cvk式中，C是蓄热体积内的体积热容，匕是子区域k的容积，表示因总体换热 所导致的子区域k内的温度变化。基于热源项内影响的换热，可以由每个子区域 内局部温度场和整体温度场的变化来表示。5.稳定通量问题 总体问题中节点j的热源项右与子区域的平均温度和 节点温度7:的差值成正比，子区域k的出口温度可以表示为Tu=璃 +（1 - 4）（#厂 T：）=储畤而（2-34）j vk式中，匕，是子区域k内节点j的容积。介质温度是稳定通量问题的介质温度却 A , J和局问题中的介质温度之和。由上式可知，若稳定通量问题的进口温度为0C, 则每个子区域的进出口温度均为0。局部问题涉及到指定的进口温度条件。可 以看出，在全局问题中，稳定通量问题对各子区域的热量贡献为0。子区域k内 节点的热源项为：%=竿（1一4）4,（2-35）炉=e 2（2-36）式中，匕表示子区域k的容积，夕为稳定通量部分的衰减因子，换热系数r值得注意的是稳定通量问题的热源项取决于每个个体节点的温度，而局部问 题的热源项对于每个子区域内都是一样的。最后得到地埋管周围环形区域内的稳 定通量温度为：2条勺037）YYY/?（_）= 0.5（下 一 hi（-） （2-38）八%r, 45.温度的叠加 土壤