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申请/专利权人：长安大学

摘要：本发明提供了一种管式换热器出口水温的计算方法、装置及计算机设备，属于新能源领域，其方法包括如下步骤：获取同轴套管式换热器热阻模型，根据热阻模型获取地埋管与周围岩土换热的传热热阻及能量守恒方程；沿竖直方向将地埋管分为多层，依次对各层的传热热阻进行串联，根据能量守恒方程确定各层的热平衡方程；对热平衡方程进行求解，得到各层的环孔水温及内管水温，并根据各层的环孔水温及内管水温确定出口水温。本发明通过将地埋管沿竖直方向分为多层，依次对各层的传热热阻进行串联，能够对分层岩土中的同轴套管式换热器传热性进行详细计算，从而使计算出的出口水温更加准确。且使用本发明的计算方法进行1年的运行工况计算不超过1分钟。

主权项：1.一种管式换热器出口水温的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：构建同轴套管式换热器热阻模型，根据所述热阻模型获取地埋管与周围岩土换热的传热热阻及能量守恒方程；沿竖直方向将地埋管分为多层，依次对各层的传热热阻进行串联，根据所述能量守恒方程确定串联后的各层地埋管的热平衡方程；将各层地埋管的管内流体的比热容及流量输入热平衡方程，对所述热平衡方程进行求解，得到各层的环孔水温及内管水温，并根据各层的环孔水温及内管水温确定出口水温；所述热平衡方程为：对于环孔： 对于中心管： 式中，cf为管内流体的比热容，单位Jkg·℃；G为管内流体的流量，单位kgs；Rs,i为第i层岩土的热阻，单位m·℃W；Rg,i为第i层固井水泥热阻，单位m·℃W；Rpw,i为第i层外管管壁热阻，单位m·℃W；Rfww,i为第i层外管内对流换热热阻，单位m·℃W；Tff,i为第i层岩土温度，单位℃；Ti-1为第i层流体进口温度，单位℃；Ti为第i层流体出口温度，单位℃；所述传热热阻包括参与换热的周围岩土的热阻、固井层的热阻、换热管壁的热阻和管内对流换热热阻；所述参与换热的周围岩土的热阻的计算公式为： 式中，Rs为参与换热的周围岩土的热阻，单位m·KW； 是指数积分函数，λs为埋管周围岩土的导热系数，单位Wm·℃；ρs为钻孔周围岩土的平均密度，单位kgm3；cs为埋管周围岩土的比热容，单位Jkg·℃；τ为时间，单位s；rb为距离钻孔中心的距离，单位m；所述固井层的热阻的计算公式为： 式中，Rg为固井层的热阻，单位m·KW；λg为固井材料的导热系数，单位Wm·℃；dg为固井层外径，单位m，db为钻孔直径；所述换热管壁的热阻的计算公式为： 式中，Rp为换热管壁的热阻，单位m·KW；λp为管壁的导热系数，单位Wm·℃；do为换热管外径，单位m；di为换热管内径，单位m；所述管内对流换热热阻的计算公式为： 式中，Rf为管内对流换热热阻，单位m·℃W；h为管内壁与管内流体之间的对流换热系数，单位Wm2·℃，di为换热管内径，单位m；其中，管内壁与管内流体之间的对流换热系数按Dittus-Boelter公式计算： 式中，Re为管内流动的雷诺数；λf为管内流体的导热系数，单位Wm·℃；Pr为管内流体的普朗特数；h为管内壁与管内流体之间的对流换热系数，单位Wm2·℃，di为换热管内径，单位m；所述能量守恒方程为： 式中，Q1为周围岩土向地埋管的传热量，W；Q2为中心管向环孔的传热量，W；Tff为周围岩土温度，℃；Tfw为环孔流体温度，℃；Tfn为中心管内流体温度，℃；To为中心管出口流体温度，℃；Tin为中心管入口流体温度，℃；Tb为管底流体温度，℃；c为流体比热，Jkg·℃；G为流体质量流量，kgs；Rs为参与换热的岩土的热阻，℃W；Rg为固井层的热阻，℃W；Rpw为外管的管壁热阻，℃W；Rpn为中心管的管壁热阻，℃W；Rfww为环孔内流体与外管的对流换热热阻，℃W；Rfwn为环孔内流体与中心管的对流换热热阻，℃W；Rfn为中心管内流体的对流换热热阻，℃W；Tout为出水温度，℃；所述各层的环孔水温为： 各层内管水温为： 式中，cf为管内流体的比热容，单位Jkg·℃；G为管内流体的流量，单位kgs；Rs,i为第i层岩土的热阻，单位m·℃W；Rg,i为第i层固井水泥热阻，单位m·℃W；Rpw,i为第i层外管管壁热阻，单位m·℃W；Rfww,i，为第i层外管内对流换热热阻，单位m·℃W；Tff,i为第i层岩土温度，单位℃；Ti-1为第i层流体进口温度，单位℃；Ti为第i层流体出口温度，单位℃。

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百度查询： 长安大学 一种管式换热器出口水温的计算方法、装置及计算机设备