何伟 赵万方 郑晓宇

合肥工业大学土木与水利工程学院

0 引言

对于土壤源热泵系统，土壤及钻孔回填材料的性质直接影响着地埋管换热效果以及机组的节能性[1]。研究表明，改变系统的换热性能以降低地埋管对周围土壤温度的影响程度，是使地源热泵长期有效运行的关键。而理想的回填材料可降低地埋管与土壤的传热热阻，改善地埋管的换热特性，对热泵的效率提高具有重要影响[2]。

相变材料（Phase Change Materials，PCMs）是在相转变过程中，将其释放的热能以潜在的方式释放于限定的环境或者贮存热量的材料。近二十年来，有学者提出将相变材料作为回填材料应用于地埋管换热系统，作为钻孔回填灌浆或灌浆的一部分来提高系统的换热效率。相变材料以潜热形式储存能量，在融化或凝固过程中吸收或放出大量潜热且温度恒定，从而提高了热泵机组性能。此外，相变材料的应用有效减弱了周边土壤的温度波动，利于系统稳定高效运行。多种实验和数值模拟方式，证明了相变材料具有提高地埋管换热效率，减小地埋管热影响半径的作用[3-5]。目前对于相变材料的研究仍在起步阶段，因为相变回填材料存在导热系数较低、液化后易渗漏等问题。基于以往研究，本文制备癸酸-月桂酸/膨胀石墨定型相变材料，利用膨胀石墨多孔结构吸附脂肪酸，减少相变材料液化后渗漏，并且膨胀石墨可有效增强材料导热性。此外，本文利用ANSYS FLUENT 2019 R2 进行数值模拟，研究相变材料掺入膨润土回填材料的比例对地下换热的影响，以及不同间歇运行模式对换热的影响。……