(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111606442.7 (22)申请日 2021.12.26 (71)申请人 万江新能源集团有限公司 地址 450000 河南省郑州市郑州航空港经 济综合实验区华夏大道180号金融广 场B座601号 (72)发明人 彭磊　熊林涛　焦雅岚　 (74)专利代理 机构 北京力量专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 11504 专利代理师 吴凯斌 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种套管式地 埋管换热器的简化计算方法 (57)摘要 本发明涉及地热资源开 发利用技术领域， 且 公开了一种套管式地埋管换热器的简化计算方 法， 包括以下步骤： 1)回填材料、 周边岩土的热物 性均匀一致， 其热物性参数不随径向和竖向尺寸 的变化而变化， 地下水渗流和土壤湿传递影响忽 略不计； 2)在竖直方向上不存在导热现象， 即传 热过程是一个沿着埋管径向的一个二维传热问 题。 该套管式地埋管换热器的简化计算方法， 通 过采用本计算方法， 能够减少套管式地埋管换热 器传热计算过程中的网格划分， 同时将复杂的三 维非稳态传热问题简化为二维非稳态传热问题， 因此可以在不同情况下对套管式地埋管换热器 进行简化计算， 提高计算效率， 具备一定的实际 使用价值和推广价 值。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114491949 A 2022.05.13 CN 114491949 A 1.一种套管式地 埋管换热器的简化计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)回填材料、 周边岩土的热物性均匀一致， 其热物性参数不随径向和竖向尺寸的变化 而变化， 地下 水渗流和土壤 湿传递影响忽略不计； 2)在竖直方向上不存在导热现象， 即传热过程是一个沿着埋管径向的一个二维传热问 题； 3)地埋管内部流体的温度均匀， 不考虑套管式换热器内套管内外流体的热量回流问 题； 4)各接触面之间不存在接触热阻， 即认为材 料与材料之间不存在接触间隙。 2.根据权利要求1所述的一种 套管式地埋管换热器的简化计算方法， 其特征在于： 所述 套管式地 埋管换热器管内流体与岩土层之间单位长度的热阻R可以采用以下公式计算： 壁面与循环工质对流换 热热阻Rf： 其中， r1为外套管内径， 单位m， hf为 壁面与循环工质的对流传热系数； 套管式外套管 热阻R1: 其中， r1为外套管内径， 单位m； r2为外套管外径， 单位m； λ1为外套管的导热系数， 单位 为W/(m·k)； 回填材料热阻R2: 其中， r1为外套管内径， 单位m； r2为外套管外径， 单位m； λ2为外套管的导热系数， 单位 为W/(m·k)； 套管式外套管 热阻R3: 其中， r3为钻孔孔径， 单位m； r4为地埋管影响半径， 单位m； λ3为地层岩土 的导热系数， 单位W/(m·k)； 地埋管换热器的单位长度热阻为： R＝Rf+R1+R2+R3 单位长度地 埋管换热量为： 其中， Tw为初始地层温度， 单位为℃； Ti1为管段入口温度， 单位为℃； To1为管段出口温 度， 单位为℃；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114491949 A 2各管段为连续 流动的耦合换 热过程， 上一管 段的出口温度为下一管 段的入口温度， 即： To1＝Ti2 地埋管换热负荷计算满足： Q＝Cw×m×(To‑Ti) 其中： Cw为循环工质比热容， 单位 kJ/(kg·℃)； m为流体的质量 流量， 单位kg/s。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114491949 A 3