440#-地下水渗流对地铁源热泵毛细管前端换热器（CHE）传热特性的影响

参考文献：綦浩宇,土木水利.地下水渗流对地铁源热泵毛细管前端换热器传热特性的影响[D].青岛理工大学.2023.

参照上述文献（上图来自参考文献），建立以下模型：紫色部分为围岩，蓝色部分为衬砌，绿色部分为隧道（隧道内的气流）。

在衬砌（蓝色部分）中设置有CHE毛细管（红色，下图箭头所示），该管右侧为入水口，左侧出水口。衬砌和围岩中存在渗流，渗流方向假定为沿X轴正向。

(1)衬砌、CHE和围岩具有恒定和各向同性的材料特性。

(2)无热接触电阻。

(3)初始温度在整个模型中是相同的。

(4)地下水渗流是水平的，满足达西定律，入口速度和温度恒定。

(5)在整个系统运行过程中，CHE内的流体速度和隧道内的气流保持恒定。

假设围岩和衬砌内存在渗流，渗流速度设为 1E-5m/s，渗流温度15℃，方向水平从左向右。隧道围岩孔隙度为35%，围岩粘性阻力系数1E8s/m，隧道衬砌（主要成分为混凝土）孔隙率为3%，衬砌粘性阻力系数1E12 s/m。

模型的地表温度设为该地区冷却季节为15℃，数值模型的初始温度设置为15°C。

隧道风速设为列车运行时的平均风速，即4.61 m/s，入口温度28°C，

CHE毛细管入口流速0.1m/s,入口温度35°C。

非稳态运算，24h后的温度分布。

云图示例：

划分流体网格，要关闭（抑制或删除）“连接”选项中的“接触”。避免在FLUENT中提示产生多余的界面类型边界，修改后类型在FLUENT初始化时会报错Error: %is-default-interior?: invalid thread Error Object: #f

为更好的监测到“拖尾”效果，可增大流体域范围。

仿真前，需先检查网格，确认无误。确认不同域之间的界面为壁面边界，同域间的界面为内部面。

5.1 稳态/瞬态

若只关心稳定后的温度分布等结果，选稳态；若关心不同时刻温度分布等状态，则选瞬态。

5.2 标准K-e湍流模型

5.3 开能量方程

5.4 创建不同材质

根据材料属性创建不同介质

5.5 将介质赋予给各个区域

以下图（管道材质赋予）为例

5.6 围岩多孔介质设置

5.7 衬砌多孔介质设置

5.8 地表和地底温度设置

5.9 循环水入口和出口设置

5.10 渗流水入口和出口设置

5.11 隧道空气入口和出口设置

5.12 两侧设置为绝热壁面

5.13 围岩和衬砌之间的界面，定义为内部面类型

5.13 出口温度监测

5.14 初始化

初始温度15度。

不同渗流速度工况

6.1 渗流速度1E-9m/s

6.2 渗流速度1E-7m/s

6.3 渗流速度3E-7m/s

6.4 渗流速度5E-7m/s

6.5 渗流速度1E-5m/s

使用SIMPLE算法，压力使用标准格式，动量和能量使用二阶格式，其余1阶。打开梯度校正和高阶项松弛。

如果稳态收敛性好，可使用稳态计算预测结果。稳态计算时，必须计算至稳定解，如使用默认残差值不能达到稳定解（比如温度云图上有正常温度15℃～35℃范围外的），则可将动量方程残差标准由默认的0.001修改至更小的值，确保计算至稳定解。