U形地埋管换热器换热仿真：考虑相变与地下水渗流

01 模型图

02 仿真工况

入口条件：流体速度0.6m/s，velocity inlet，水温36℃，直径26mm。

土壤原始温度：16℃。

计算域外围和底部设为初温16℃，计算域顶部设为绝热边界。

03 网格图

使用ANSYS MESH制作混合网格（六面体、三棱柱和四面体）。

说明：实际应用时需要进行网格无关性验证，以便选取合适的网格数量（兼顾计算速度和计算质量）。

04 仿真基本设置

1 瞬态计算，并考虑重力影响。

2 使用标准KE湍流模型。

3 打开能量方程。

4 为不同区域创建不同材质。

主要是创建管道、土壤和回填层的材质。

5 将不同材质分别赋给不同的域。

6 设置入口速度和温度条件。

0.6m/s和36℃。

7 设置出口条件

根据实际选择使用OUTFLOW。

或压力出口条件，出口回流温度16℃（土壤温度）。

8 设置壁面条件

其中上表面可设置为外界（空气）温度，底面和侧面可设置为土壤温度（定温边界）。

9 可根据实际需要设置对某些位置的温度监测。

监测出口和坐标为（xi,0,20）的点温度，其中xi=0，0.5，1，1.95。单位：米

10 求解算法设置

11 初始化并赋初温。

在全局初始化时，直接给定初温16度。

12 设置时间步长。

13 基于相变回填的仿真设置

使用相变回填材料时，参考如下 设置：

（1）创建相变回填材料

（2）打开凝固/熔化模型

（3）将回填区域设置为流体域，并将上述的回填材料赋给回填区。

14 考虑渗流的仿真设置

考虑渗流时，土壤区域参考如下设置：

（1）土壤渗流多孔介质区域设置

（2）渗流速度设置

05

基本结果

1、Case A1普通换热仿真结果

1天内时间步长60s，1天后，时间步长86400s。

（1）1天的监测曲线

（2）301天结果

2、Case A2基于相变回填的换热仿真结果

（1）1天结果

（2）301天结果

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