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水平地埋管换热器的传热性能研究的中期报告
一、研究背景
水平地埋管换热器是一种常见的换热设备，主要应用于地源热泵系统中。在地源热泵系统中，水平地埋管换热器通过埋设在地下的管道，将热能从地下的土壤中吸收或者释放到热泵的蒸发器或者冷凝器中，从而实现了能量的传递。因此，水平地埋管换热器的传热性能将直接影响到地源热泵系统的运行效果和经济性。
目前，关于水平地埋管换热器的传热性能研究已经引起了广泛重视。研究表明，管道埋深、管道间距、管道长度等因素均会对水平地埋管换热器的传热性能产生影响。为了对水平地埋管换热器的传热性能进行更深入的研究，本研究开展了一系列的实验和数值模拟分析，旨在探究不同工况下水平地埋管换热器的传热性能特点，为地源热泵系统的优化提供基础研究支撑。
二、实验设备和方法
本研究采用了实验和数值模拟相结合的方法，对水平地埋管换热器的传热性能进行了研究。
实验设备主要由测试系统和地下模拟箱组成。测试系统包括了热泵系统、测试仪器和数据采集系统，其中热泵系统包括了压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等关键部件。地下模拟箱是本实验的关键设备之一，通过模拟地下的温度场和湿度场来测试水平地埋管换热器的传热性能。地下模拟箱的主体为一个封闭式的箱体，内部包含了土壤温度和湿度控制系统、埋管系统、传热板和隔热层等。其中，埋管系统采用了竖井式埋管，管道长度为30m，管道直径为25mm。
实验方法主要包括了地下传热实验和地下温场测试两个部分。在地下传热实验中，我们通过改变地下的土壤温度和湿度来模拟实际的工况，测试不同工况下的水平地埋管换热器的传热性能。在地下温场测试中，我们采用了红外热成像技术来测量地下的温度分布，以验证实验结果。
三、初步实验结果和分析
通过实验和数值模拟分析，我们获得了水平地埋管换热器在不同环境条件下的传热性能特点。初步实验结果如下：
1.管道埋深对传热性能的影响：在实验中，我们分别在土壤表面、50cm、100cm和150cm深度处进行了传热实验，发现在深度为100cm时，水平地埋管换热器的传热效果最佳。进一步的分析表明，这是因为在该深度处，土壤温度的变化较小，同时还保持了较高的湿度，有利于热量的传递。
2.管道间距对传热性能的影响：在实验中，我们分别采用了20cm、30cm和40cm的管道间距进行了传热实验，发现管道间距对传热性能的影响较小，但是管道间距过小会导致管道之间热量的干扰。因此，建议在实际应用中采用较大的管道间距。
3.管道长度对传热性能的影响：在实验中，我们分别采用了30m、60m和90m的管道长度进行了传热实验，发现管道长度对传热性能的影响主要体现在管道末端，管道长度过长会导致管道末端的温度分布不均匀，影响传热效果。因此，在实际应用中需合理设计管道长度。
四、总结和展望
通过实验和数值模拟，我们探究了水平地埋管换热器的传热性能特点，并初步分析了管道埋深、管道间距和管道长度等因素对传热性能的影响。未来，我们将进一步优化实验方案，探究更多因素对传热性能的影响，为地源热泵系统的应用提供更全面的技术支撑。