CN111649969A - 一种深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对深层对接井换热器性能预测的半解析方法，基于传热学中的对流、导热基本规律，以及能量守恒及迭代计算方法，利用实际工程中地埋换热器的结构参数、运行参数以及岩土、含水层物性参数等，实现了对深层对接地埋换热器性能的快速预测，从而获得换热器在不同运行时长下的出口水温、取热量及周围岩土温度分布等数据。本发明能够帮助实际地热能供暖工程开展前，根据地质条件及换热器参数对换热器的换热性能及供热能力进行整体评估，从而为实际工程的开展提供理论依据及数据支撑。方法的实施可以在工程开展前进行，具有易实施，计算快速的优点。

Description

一种深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法

技术领域

本发明涉及一种深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，是换热器性能预测技术领域。

背景技术

地热能是一种储量大、分布广泛、清洁、无污染的绿色能源。而位于地下深层的岩土温度较高且相对稳定，是十分具有潜力和开发价值的资源。深层对接地埋换热器，是一种新型的、换热性能好的地热能利用设备。目前尚未出现成熟的对接地埋换热器预测方式，且已有的针对地埋换热器性能的预测，多采用数值模拟的计算方法，其计算耗时长，模型建立及网格划分过程复杂。且对于超大管长-管径比的换热器管道，利用数值模拟软件将难以进行网格划分工作，进而为计算机运行带来极大负担，因此该方法的使用会受到极大的限制。

发明内容

针对现有技术中不能预测深层对接地埋换热器性能技术问题，发明了一种能够对其性能进行快速预测的半解析方法。利用该方法，能够在项目设计阶段对换热器的性能进行快速模拟计算，提前预估特定地质条件、特定换热器尺寸下换热器的出口水温、取热量、以及钻孔周围岩土温度分布等参数，为实际工程项目的实施提供设计参考。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现：

一种深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，包括以下步骤：

S100，计算段划分：

将深层对接地埋换热器由入口至出口划分为n个计算段，第i个计算段长度为L(i)；

S200，参数赋值：

对地埋换热器的尺寸及运行参数、换热器及岩土的热物性参数赋值；

S300，迭代计算求解：

S301，将工质由外部进入换热器的水温T_in作为第一个计算段的入口工质温度T_in(1)，为第一个计算段的出口工质温度赋初值T_out(1)＝100℃；

S302，计算换热管道与周围岩土间传热的导热热阻：

S303，计算换热工质流过第一个计算段后吸收的热量：

采用当前计算段进出口工质温度的平均值作为计算换热工质物性的定性温度、计算雷诺数Re及普朗特数Pr、计算换热工质与管道之间的对流传热热阻；

S304，判断当前计算段是否位于含水层中：

若否，则将前述求得的各变量带入已有线热源和柱热源公式，计算出钻孔壁面温度；若是，则将前述求得的各变量带入已有移动线热源和柱热源公式，计算出此时的钻孔壁面温度；

S305，计算第一个计算段与周围岩土的换热量q₂；

若|q₁-q₂|小于预先设定的小量ε，则此时所得q₂为当前计算段换热器与周围岩土的换热量的准确解，执行S307；若|q₁-q₂|大于预先设定的小量ε，则执行S306；

S306，计算出新的当前计算段出口工质温度；

并重复S303～S306，直至计算所得|q₁-q₂|小于预先设定的小量ε，得到当前计算段的出口工质温度T_out(1)以及当前计算段换热器与周围岩土的换热量q₂；

S307，令当前计算段的出口工质温度等于下一计算段的入口工质温度，即T_in(i+1)＝T_out(i)，并为下一计算段的出口工质温度赋初值T_out(i+1)＝100℃，重复S302～S305，计算出下一计算段的准确出口工质温度T_out(i+1)及下一计算段换热器与周围岩土的换热量；

S308，重复S303～S307，直至i＝n，计算出所有计算段在给定条件下的出口工质温度及换热器各计算段与周围岩土的换热量。

作为本发明的进一步改进，S302中采用下式计算换热管道与周围岩土间传热的导热热阻：

其中，R_c为换热管道与周围岩土间的导热热阻；r_o(1)、r_i(1)分别为换热器的外径和内径；r_b为钻孔半径；k_pipe、k_grout分别为换热器管道导热系数及回填材料导热系数；L(1)为第一个计算段的长度。

作为本发明的进一步改进，S303：采用下式计算换热工质流过第一个计算段后吸收的热量：

q₁＝mc[T_out(1)-T_in(1)]

其中，q₁为换热工质流过第一个计算段后吸收的热量；m为流体工质的质量流量；c为换热工质的比热；T_out(1)及T_in(1)分别为第一个计算段中换热工质的出口温度及入口温度；

采用下述公式计算雷诺数Re及普朗特数Pr：

Pr＝-0.000023T_m ³+0.005073T_m ²-0.39525T_m+13.344266

其中，Re为雷诺数；Pr为普朗特数；μ为动力粘度系数；T_m为当前计算段的工质进出口平均温度；

采用下述公式计算换热工质与管道之间的对流传热热阻：

其中，R_f为换热工质与管道之间的对流传热热阻；λ_w为水的导热系数。

作为本发明的进一步改进，S304中，当前计算段不位于含水层中，带入如下公式：

其中，T_b为钻孔壁面温度，T_soil(1)、k_soil(1)、α(1)分别为第一个计算段所在岩土层温度、导热系数及热扩散系数；h₁，h₂为当前计算段的起始位置深度和终止位置深度；x，y，z为以管段入口截面中心为原点情况下，壁面处的位置坐标；t为运行时间，erfc为互补误差函数；

当前计算段位于含水层中，带入如下公式：

其中，U＝u(1)ρ_wc_w/ρ_soil(1)c_soil(1)为有效地下水流速；

其中，

t’为积分变量，u(1)为含水层中水的流速。

作为本发明的进一步改进，S305中采用下式计算第一个计算段与周围岩土的换热量：

其中，q₂为计算段与周围岩土的换热量。

作为本发明的进一步改进，S306中按下式计算出新的当前计算段出口工质温度：

其中，T_out(1)为当前计算段的工质出口温度。

作为本发明的进一步改进，S308中，若需要得到换热器周围岩土的温度分布，只需将所得各个计算段中，换热器与周围岩土的换热量q₂，以及所求位置的空间坐标(x,y,z)带入已有线热源、柱热源公式，求解得到。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所涉及的一种针对深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，将解析解与数值解法相结合，将换热器划分为不同计算段，在每个计算段内采用解析解进行换热工质温度及岩土温度的求解，而对整体采用数值方法迭代计算，从而在保证计算精度的同时，大大加快计算速度。S100计算段划分部分，主要将地埋换热器从工质入口位置至出口位置沿流动方向划分为若干计算段，便于后续计算；S200参数赋值部分，为地埋换热器尺寸、运行参数及不同计算段所在岩土层的岩土热物性参数赋值；S300迭代计算部分，基于前述计算段划分及参数赋值，对每个计算段出口工质温度及换热量进行计算。总体来说，本发明基于传热学中的对流、导热基本规律，以及能量守恒及迭代计算方法，利用实际工程中地埋换热器的结构参数、运行参数以及岩土、含水层物性参数等，实现了对深层对接地埋换热器性能的快速预测，从而获得换热器在不同运行时长下的出口水温、取热量及周围岩土温度分布等数据。能够在实际工程开展前，对特定结构、特定地质条件下的换热器性能进行预估，有助于对换热器结构进行优化，从而降低成本，提高地热能利用效率。能够为深层对接地埋换热器为建筑物供暖的效率提供理论依据和数据支撑，从而推进地热能利用成本的降低，促进地热能应用技术的发展。利用该方法，能够在项目设计阶段对换热器的性能进行快速模拟计算，提前预估特定地质条件、特定换热器尺寸下换热器的出口水温、取热量、以及钻孔周围岩土温度分布等参数，为实际工程项目的实施提供设计参考，以实现更高的经济效益。本发明能够在实际地热能供暖工程开展前，根据地质条件及换热器参数对换热器的换热性能及供热能力进行整体评估，从而为实际工程的开展提供理论依据及数据支撑。方法的实施可以在工程开展前进行，具有易实施，计算快速的优点。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1本发明的方法流程图；

图2对接地埋换热器结构示意图；

图3对接地埋换热器截面尺寸示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明的目的是提供一种结构清晰、计算快速的针对深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，以预测换热器的性能，为实际工程提供设计参数。具体方法为：

将计算过程分为S100计算段划分部分，S200参数赋值部分，以及S300迭代计算部分进行求解。

为实现上述目的，所述计算段划分部分主要用于将深层对接地埋换热器由入口至出口划分为n个计算段(如图2所示)，第i个计算段长度为L(i)(单位：m)。

为实现上述目的，所述参数赋值部分主要基于实际情况为计算过程中涉及的地埋换热器的尺寸及运行参数、换热器及岩土的热物性参数赋值。

为实现上述目的，所述地埋换热器的尺寸及运行参数包括：每个计算段部分换热器内径r_i(i)(单位：m)，外径r_o(i)(单位：m)，钻孔直径r_b(单位：m)，换热工质入口温度T_in(单位：℃)，工质入口质量流量m(单位：kg/s)，运行时间t(单位：s)；所述换热器及岩土的热物性参数包括：换热器管道导热系数k_pipe(单位：W/m·K)，回填材料导热系数k_grout(单位：W/m·K)，每个计算段所在岩土层温度T_soil(i)(单位：℃)，每个计算段所在岩土层导热系数k_soil(i)(单位：W/m·K)，每个计算段所在岩土层密度ρ_soil(i)(单位：kg/m³)，每个计算段所在岩土层比热c_soil(i)(单位：J/kg·℃)，每个计算段所在岩土层热扩散系数α(i)(单位：m²/s)，含水层中的水流速u(i)(单位：m/s)，水的密度ρ_w(单位：kg/m³)，水的比热c_w(单位：J/kg·℃)，水的导热系数λ_w(单位：W/m·K)。

为实现上述目的，所述迭代计算部分的实施步骤如下：

S301：将工质由外部进入换热器的水温T_in作为第一个计算段的入口工质温度T_in(1)。为第一个计算段的出口工质温度赋初值T_out(1)＝100℃。

S302：采用下式计算换热管道与周围岩土间传热的导热热阻：

其中，R_c为换热管道与周围岩土间的导热热阻(单位：K/W)；r_o(1)、r_i(1)分别为换热器的外径和内径(单位：m)；r_b为钻孔半径(单位：m)；k_pipe、k_grout分别为换热器管道导热系数及回填材料导热系数(单位：W/m·K)；L(1)为第一个计算段的长度(单位：m)。

S303：采用下式计算换热工质流过第一个计算段后吸收的热量，即换热工质与周围岩土的热交换量：

q₁＝mc[T_out(1)-T_in(1)]

其中，q₁为换热工质流过第一个计算段后吸收的热量(单位：W)；m为流体工质的质量流量(单位：kg/s)；c为换热工质的比热(单位：J/kg·℃)；T_out(1)及T_in(1)分别为第一个计算段中换热工质的出口温度及入口温度(单位：℃)。

采用当前计算段进出口工质温度的平均值：T_m＝[T_out(1)+T_in(1)]/2，作为计算换热工质物性的定性温度。以水作为换热工质为例，其密度ρ_w，动力粘度系数μ可由下式分别计算：

ρ_w＝-0.0036T_m ²-0.0748T_m+1000.8

μ＝0.000000198T_m ²-0.000032602T_m+0.00647901

其中，ρ_w为工质的密度(单位kg/m³)；μ为动力粘度系数(单位：Pa·s)；T_m为当前计算段的工质进出口平均温度(单位：℃)。

采用下述公式计算雷诺数Re及普朗特数Pr：

Pr＝-0.000023T_m ³+0.005073T_m ²-0.39525T_m+13.344266

其中，Re为雷诺数；Pr为普朗特数。

采用下述公式计算换热工质与管道之间的对流传热热阻：

其中，R_f为换热工质与管道之间的对流传热热阻(单位：K/W)；λ_w为水的导热系数(单位：W/m·K)

S304：判断当前计算段是否位于含水层中。若否，则将前述求得的各变量带入已有线热源、柱热源等公式，计算出换热器壁面温度。如，带入如下公式：

其中，T_b为钻孔壁面温度(单位：℃)，T_soil(1)，k_soil(1)，α(1)分别为第一个计算段所在岩土层温度(单位：℃)，导热系数(单位：W/m·K)及热扩散系数(单位：m²/s)；h₁，h₂为当前计算段的起始位置深度和终止位置深度。x，y，z为以管段入口截面中心为原点情况下，壁面处的位置坐标；t为运行时间(单位：s)；erfc为互补误差函数。若是，则将前述求得的各变量带入已有移动线热源、柱热源等公式，计算出此时的换热器壁面温度。如，带入如下公式：

其中，U＝u(1)ρ_wc_w/ρ_soil(1)c_soil(1)为有效地下水流速。其中，

t’为积分变量。

S305：采用下式计算第一个计算段与周围岩土的换热量：

其中，q₂为计算段与周围岩土的换热量(单位：W)。

若|q₁-q₂|小于预先设定的小量ε，则此时所得q₂即为当前计算段换热器与周围岩土的换热量的准确解，执行S307；若|q₁-q₂|大于预先设定的小量ε，则执行S306。

S306，按下式计算出新的当前计算段出口工质温度：

其中，T_out(1)为当前计算段的工质出口温度(单位：℃)

并重复S303～S306，直至计算所得|q₁-q₂|小于预先设定的小量ε。此时可得到当前计算段的出口工质温度T_out(1)以及当前计算段换热器与周围岩土的换热量q₂。

S307：令当前计算段的出口工质温度等于下一计算段的入口工质温度，即T_in(i+1)＝T_out(i)，并为下一计算段的出口工质温度赋初值T_out(i+1)＝100℃，重复S302～S305，计算出下一计算段的准确出口工质温度T_out(i+1)及下一计算段换热器与周围岩土的换热量。

S308：重复S303～S307，直至i＝n，即可计算出所有计算段在给定条件下的出口工质温度及换热器与周围岩土的换热量。若需要得到换热器周围岩土的温度分布，只需将所得各个计算段中，换热器与周围岩土的换热量q₂，以及所求位置的空间坐标(x,y,z)带入已有线热源、柱热源等公式，即可得到。

实施例

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面以2505米深，水平间距200米，换热工质为水的对接换热井为计算对象，以运行1天(t＝86400s)例，对实施例进行介绍。

S100：计算段划分部分。将深层对接地埋换热器沿工质流动方向分为51个计算段。其中第1～25，27～51个计算段为竖直方向，其长度length(i)＝100m；第26个计算段为水平方向，其长度length(26)＝200m。

S200：参数赋值部分。其中换热器的结构参数为：外径r_o(i)＝0.06985m，内径r_i(i)＝0.06068m，钻孔直径r_b＝0.10795m，换热器入口温度T_in＝10℃，工质入口质量流量m＝6.94kg/s。换热器及岩土的热物性参数为：换热器管道导热系数k_pipe＝43.75W/m·K，回填材料导热系数k_grout＝1.5W/m·K。入口位置所在土壤层温度为15℃，换热器最深处岩土温度为80℃，中间各计算段中土壤温度T_soil(i)按线性分布进行取值。当i<22或i>30时，计算段所在岩土层导热系数k_soil(i)＝1.76W/m·K，比热c_soil(i)＝1080J/kg·℃，热扩散系数α(i)＝8.39×10^-7m²/s；当22≤i≤30时，计算段所在岩土层导热系数k_soil(i)＝2.20W/m·K，c_soil(i)＝1361J/kg·℃，热扩散系数α(i)＝9.72×10^-7m²/s。水的比热c_w＝4200J/kg·℃，导热系数λ_w＝0.6W/m·K。第2个计算段位于含水层中，且水的流速u(2)＝10^-7m/s。

S300：迭代计算部分。

S301：将工质入口温度T_in＝10℃作为第一个计算段的入口工质温度T_in(1)。为第一个计算段的出口工质温度赋初值T_out(1)＝100℃。

S302：采用下式计算换热管道与周围岩土间传热的导热热阻：

其中，R_c为换热管道与周围岩土间的导热热阻(单位：K/W)；r_o(1)、r_i(1)分别为换热器的外径和内径(单位：m)；r_b为钻孔半径(单位：m)；k_pipe、k_grout分别为换热器管道导热系数及回填材料导热系数(单位：W/m·K)；L(1)为第一个计算段的长度(单位：m)。将各参数带入计算可得，导热热阻R_c＝4.67×10^-4K/W。

S303：采用下式计算换热工质流过第一个计算段后吸收的热量：

q₁＝mc[T_out(1)-T_in(1)]

其中，q₁为换热工质流过第一个计算段后吸收的热量(单位：W)；m为流体工质的质量流量(单位：kg/s)；c为换热工质的比热(单位：J/kg·℃)；T_out(1)及T_in(1)分别为第一个计算段中换热工质的出口温度及入口温度(单位：℃)。将各参数带入计算可得，q₁＝17640W。

采用当前计算段进出口工质温度的平均值：T_m＝[T_out(1)+T_in(1)]/2＝55℃，作为计算换热工质物性的定性温度。

换热工质水的密度ρ_w，动力粘度系数μ可由下式分别计算：

ρ_w＝-0.0036T_m ²-0.0748T_m+1000.8

μ＝0.000000198T_m ²-0.000032602T_m+0.00647901

其中，ρ_w为工质的密度(单位kg/m³)；μ为动力粘度系数(单位：Pa·s)；T_m为当前计算段的工质进出口平均温度(单位：℃)。将平均温度带入计算可得，ρ_w＝785.80kg/m³，μ＝0.00528Pa·s。

雷诺数及普朗特数由下述公式分别计算：

Pr＝-0.000023T_m ³+0.005073T_m ²-0.39525T_m+13.344266

其中，Re为雷诺数；Pr为普朗特数。将各参数带入计算可得，Re＝93998，Pr＝3.73。

采用下述公式计算换热工质与管道之间的对流传热热阻：

其中，R_f为换热工质与管道之间的对流传热热阻(单位：K/W)；λ_w为水的导热系数(单位：W/m·K)。将各参数带入计算可得，R_f＝1.34×10^-5K/W。

S304：当前计算段为第一个计算段，不位于含水层中，因此采用下述公式计算钻孔壁面温度：

其中，T_b为钻孔壁面温度(单位：℃)，T_soil(1)，k_soil(1)，α(1)分别为第一个计算段所在岩土层温度(单位：℃)，导热系数(单位：W/m·K)及热扩散系数(单位：m²/s)；h₁，h₂为当前计算段的起始位置深度和终止位置深度。x，y，z为以管段入口截面中心为原点情况下，壁面处的位置坐标；t为运行时间(单位：s)；erfc为互补误差函数。将各参数带入计算可得，T_b＝16.30℃。

S305：采用下式计算当前计算段与周围岩土的换热量：

其中，q₂为计算段与周围岩土的换热量(单位：W)。将各参数带入计算可得，q₂＝-597.43W。

此时，|q₁-q₂|＝18237>ε＝0.1，执行S306。

S306：按下式计算出新的当前计算段出口工质温度：

其中，T_out(1)为当前计算段的工质出口温度(单位：℃)。各参数带入计算可得T_out(1)＝7.63℃。

重复S303～S306，收敛前计算所得q₂的值依次为：153.73W，123.18W，124.43W，124.38W。当q₂＝124.38W时，|q₁-q₂|<ε。此时可得，当前计算段的出口工质温度T_out(1)＝10.49℃，当前计算段换热器与周围岩土的换热量q₂＝124.38W。

S307：令T_in(2)＝T_out(1)＝10.49℃，并为第二个计算段的出口工质温度赋初值T_out(2)＝100℃。

重复S302～S304，此时，计算段位于含水层中，采用如下公式计算钻孔壁面温度：

其中，U＝u(1)ρ_wc_w/ρ_soil(1)c_soil(1)为有效地下水流速；

t’为积分变量。各参数带入计算可得T_b＝18.90℃。

重复S305～S306，可得第二个计算段的准确出口工质温度T_out(2)＝10.59℃，第二个计算段换热器与周围岩土的换热量q₂＝23.96W。

S308：重复S303～S307，直至i＝51，即可得到所有计算段的出口工质温度及换热器与周围岩土的换热量。此时换热器出口工质温度T_out＝T_out(51)＝39.44℃。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (7)

1.一种深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，计算段划分：

将深层对接地埋换热器由入口至出口划分为n个计算段，第i个计算段长度为L(i)；

S200，参数赋值：

对地埋换热器的尺寸及运行参数、换热器及岩土的热物性参数赋值；

S300，迭代计算求解：

S301，将工质由外部进入换热器的水温T_in作为第一个计算段的入口工质温度T_in(1)，为第一个计算段的出口工质温度赋初值T_out(1)＝100℃；

S302，计算换热管道与周围岩土间传热的导热热阻：

S303，计算换热工质流过第一个计算段后吸收的热量：

采用当前计算段进出口工质温度的平均值作为计算换热工质物性的定性温度、计算雷诺数Re及普朗特数Pr、计算换热工质与管道之间的对流传热热阻；

S304，判断当前计算段是否位于含水层中：

若否，则将前述求得的各变量带入已有线热源和柱热源公式，计算出钻孔壁面温度；若是，则将前述求得的各变量带入已有移动线热源和柱热源公式，计算出此时的钻孔壁面温度；

S305，计算第一个计算段与周围岩土的换热量q₂；

若|q₁-q₂|小于预先设定的小量ε，则此时所得q₂为当前计算段换热器与周围岩土的换热量的准确解，执行S307；若|q₁-q₂|大于预先设定的小量ε，则执行S306；

S306，计算出新的当前计算段出口工质温度；

并重复S303～S306，直至计算所得|q₁-q₂|小于预先设定的小量ε，得到当前计算段的出口工质温度T_out(1)以及当前计算段换热器与周围岩土的换热量q₂；

S307，令当前计算段的出口工质温度等于下一计算段的入口工质温度，即T_in(i+1)＝T_out(i)，并为下一计算段的出口工质温度赋初值T_out(i+1)＝100℃，重复S302～S305，计算出下一计算段的准确出口工质温度T_out(i+1)及下一计算段换热器与周围岩土的换热量；

S308，重复S303～S307，直至i＝n，计算出所有计算段在给定条件下的出口工质温度及换热器各计算段与周围岩土的换热量。

2.根据权利要求1所述的深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于：S302中采用下式计算换热管道与周围岩土间传热的导热热阻：

其中，R_c为换热管道与周围岩土间的导热热阻；r_o(1)、r_i(1)分别为换热器的外径和内径；r_b为钻孔半径；k_pipe、k_grout分别为换热器管道导热系数及回填材料导热系数；L(1)为第一个计算段的长度。

3.根据权利要求1所述的深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于：S303：采用下式计算换热工质流过第一个计算段后吸收的热量：

q₁＝mc[T_out(1)-T_in(1)]

其中，q₁为换热工质流过第一个计算段后吸收的热量；m为流体工质的质量流量；c为换热工质的比热；T_out(1)及T_in(1)分别为第一个计算段中换热工质的出口温度及入口温度；

采用下述公式计算雷诺数Re及普朗特数Pr：

Pr＝-0.000023T_m ³+0.005073T_m ²-0.39525T_m+13.344266

其中，Re为雷诺数；Pr为普朗特数；μ为动力粘度系数；T_m为当前计算段的工质进出口平均温度；

采用下述公式计算换热工质与管道之间的对流传热热阻：

其中，R_f为换热工质与管道之间的对流传热热阻；λ_w为水的导热系数。

4.根据权利要求1所述的深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于：S304中，当前计算段不位于含水层中，带入如下公式：

其中，T_b为钻孔壁面温度，T_soil(1)、k_soil(1)、α(1)分别为第一个计算段所在岩土层温度、导热系数及热扩散系数；h₁，h₂为当前计算段的起始位置深度和终止位置深度；x，y，z为以管段入口截面中心为原点情况下，壁面处的位置坐标；t为运行时间，erfc为互补误差函数；

当前计算段位于含水层中，带入如下公式：

其中，U＝u(1)ρ_wc_w/ρ_soil(1)c_soil(1)为有效地下水流速；

其中，

t’为积分变量，u(1)为含水层中水的流速。

5.根据权利要求1所述的深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于：S305中采用下式计算第一个计算段与周围岩土的换热量：

其中，q₂为计算段与周围岩土的换热量。

6.根据权利要求1所述的深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于：S306中按下式计算出新的当前计算段出口工质温度：

其中，T_out(1)为当前计算段的工质出口温度。

7.根据权利要求1所述的深层对接地埋换热器性能预测的半解析方法，其特征在于：S308中，若需要得到换热器周围岩土的温度分布，只需将所得各个计算段中，换热器与周围岩土的换热量q₂，以及所求位置的空间坐标(x,y,z)带入已有线热源、柱热源公式，求解得到。

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