地下水滲流對(duì)單U形地埋管埋深的影響

李澤錕，杜震宇

(太原理工大學(xué)土木工程學(xué)院，太原 030024)

隨著世界能耗增加和環(huán)境問(wèn)題的加劇，可再生能源受到越來(lái)越多的關(guān)注。土壤源熱泵由于其具有充分利用地?zé)帷⒎€(wěn)定性高、占地面積小的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。地埋管換熱器是土壤源熱泵的重要組成部分，其埋深和換熱能力直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行效率。地埋管換熱器的換熱受到較多因素的影響，其中最主要的是地埋管周?chē)鷰r土體的熱物性和地下水的分布。由于傳統(tǒng)的均質(zhì)換熱模型并未考慮埋管周?chē)鷰r土體軸向分層和地下水的影響，與實(shí)際情況存在較大的誤差。為了使模擬更加準(zhǔn)確，中外很多學(xué)者針對(duì)巖土體分層和地下水滲流進(jìn)行了一系列的研究。

在巖土體分層方面，王澤生等[1]建立了巖土體的軸向和周向的二維分層模型，但并未考慮地面與空氣的換熱和U形管末端的影響。黃雪婷[2]建立耦合地下水滲流和巖土熱物性分層的全尺寸三維模型，研究地下水位線高度、滲流速度和巖土分層對(duì)地埋管換熱的影響。Abdelaziz等[3]根據(jù)有限長(zhǎng)線熱源模型，得到地埋管周?chē)鷰r土體任意一點(diǎn)處的溫度響應(yīng)，并根據(jù)各層的導(dǎo)熱系數(shù)得出分層換熱量。Chen等[4]建立三維分層模型，研究換熱量隨埋管深度的變化。李永等[5]通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得100 m深的巖土熱物性，建立三維分層巖土數(shù)值模型，并將巖土初始溫度的影響考慮在內(nèi)。

在地下水滲流方面，李蕾等[6]根據(jù)巖土熱物性測(cè)試的結(jié)果建立數(shù)值模型，對(duì)三種滲流速度下地埋管管群的出口溫度進(jìn)行模擬與分析，得到最佳鉆孔數(shù)和最佳埋管深度。Li等[7]建立三維數(shù)值模型，通過(guò)熱物性測(cè)試和ASHRAE方法將地下水作用下的巖土導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容等效為無(wú)滲流的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)研究了含水層厚度對(duì)熱物性測(cè)試的影響。得出結(jié)論為地下水位線對(duì)熱物性的影響較小，但是其越靠近地面，等效導(dǎo)熱系數(shù)越大。張山等[8]通過(guò)FEFLOW數(shù)值模擬軟件建立了三維瞬態(tài)傳熱模型，模擬分析了有無(wú)地下水滲流及不同滲流速度和含水層厚度下巖土溫度場(chǎng)和換熱量的情況。

從上述文獻(xiàn)可以看出，中外學(xué)者的研究多是關(guān)于巖土體換熱模型的優(yōu)化和地下水對(duì)巖土溫度場(chǎng)的影響，分層巖土和地下水共同作用下的地埋管最佳埋深與分層換熱量的研究相對(duì)較少?，F(xiàn)階段工程中多采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算地埋管的埋深。由于計(jì)算方法的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致地埋管埋深過(guò)大，不但影響換熱效率，而且經(jīng)濟(jì)性較差。所以亟待提出一種準(zhǔn)確確定地埋管埋深的方法。李明洪等[9]提出通過(guò)分層地質(zhì)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)埋深，但地下水對(duì)地埋管的埋深也有較大影響。地埋管在通過(guò)含水層時(shí)換熱劇烈，導(dǎo)致含水層以下的埋管部分換熱效果不佳。故在黃土高原地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，現(xiàn)綜合考慮分層巖土體和地下水的作用，并將巖土原始溫度考慮在內(nèi)，通過(guò)ANSYS建立地埋管換熱器及其周?chē)鷰r土體的三維非穩(wěn)態(tài)換熱模型，對(duì)不同含水層厚度、地下水滲流速度和地下水位線高度進(jìn)行模擬，從而得到該地區(qū)地埋管的最佳埋深和分層換熱量。

1 模型的建立

1.1 模型的假設(shè)

地埋管換熱過(guò)程是復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)換熱，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。

(1)對(duì)計(jì)算區(qū)域的巖土體進(jìn)行分層，在各層內(nèi)將巖土視為均質(zhì)介質(zhì)，且?guī)r土熱物性不隨時(shí)間和空間變化而變化。

(2)假設(shè)循環(huán)流體、埋管、回填材料和土壤之間不存在接觸熱阻。

(3)將含水層巖土的地下水滲流考慮在內(nèi)，假設(shè)地下水滲流只沿水平方向存在且速度恒定。

(4)假設(shè)固體和液體在接觸的瞬間達(dá)到熱平衡狀態(tài)。

(5)忽略埋管底部彎管的影響。

1.2 物理模型

以參考文獻(xiàn)[10]中的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立模型。假設(shè)計(jì)算區(qū)域?yàn)? m×3 m×70 m的六面體巖土體，鉆井為圓柱體設(shè)置在計(jì)算區(qū)域的幾何中心。沿深度方向?qū)r土體分為5層，從上至下分別為濕陷性黃土、黃土、卵石、強(qiáng)風(fēng)化砂巖和中風(fēng)化砂巖?；靥畈牧蠟樯巴粒琔形管為聚乙烯(PE)管，循環(huán)流體為水。具體熱物性參數(shù)如表1所示。

表1 熱物性參數(shù)

通過(guò)ANSYS內(nèi)的workbench建立分層巖土體的三維非穩(wěn)態(tài)地埋管換熱模型。通過(guò)Meshing對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，根據(jù)劃分網(wǎng)格的原理，由于計(jì)算區(qū)域的溫度變化沿深度方向相對(duì)水平方向較小，所以豎直方向的網(wǎng)格劃分相對(duì)稀疏，對(duì)水平方向的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。由于忽略底部彎管的影響，通過(guò)用戶自定義函數(shù)(user-defined functions，UDF)將進(jìn)水支管與回水支管的底部連接起來(lái)。

1.3 數(shù)學(xué)模型

1.3.1 多孔介質(zhì)的控制方程

(1)連續(xù)性方程。

(1)

(2)動(dòng)量方程。

(2)

由于假設(shè)多孔介質(zhì)各向同性，所以可將源項(xiàng)簡(jiǎn)化為

(3)

式(3)中：Si為動(dòng)量方程的源項(xiàng)；μ為動(dòng)力黏度；u為水在水平方向的流速；a為滲透系數(shù)，取a=0.01；C2為慣性阻力系數(shù)，取C2=2.33。

(3)能量方程。

(4)

式(4)中：Ef、Es分別為液體的總能和固體的總能；aeff為有效熱擴(kuò)散率，aeff=φaf+(1-φ)as，其中af、as分別為液體、固體的滲透系數(shù)。

1.3.2 數(shù)值計(jì)算方法

采用Realizablek-ε雙方程湍流模型，通過(guò)基于算子分裂的壓力隱式算法(pressure implicit with splitting of operators，PISO)對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行求解。離散格式為二階迎風(fēng)格式。進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為60 s，收斂條件除能量殘差設(shè)置為10-8，其余殘差設(shè)置為10-6。

1.4 定解條件

1.4.1 初始條件

將巖土體設(shè)置為多孔介質(zhì)，巖土體周?chē)倪吔缭O(shè)置為恒溫邊界，溫度值與巖土體初始溫度相同。根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]可知，在進(jìn)行地埋管換熱器的模擬計(jì)算時(shí)，巖土的初始溫度對(duì)結(jié)果影響較大，所以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量的巖土初始溫度場(chǎng)t0沿深度z方向變化的公式為

(5)

1.4.2 邊界條件

忽略太陽(yáng)輻射的影響，將計(jì)算區(qū)域頂部設(shè)置為第三類(lèi)邊界條件，其中流體溫度設(shè)定為夏季典型日隨時(shí)間變化的空氣溫度，具體公式為

(6)

式(6)中：Tup為外界空氣溫度，℃；t為時(shí)間，s。

地面與周?chē)諝獾膶?duì)流換熱系數(shù)為0.48 W/(m·K)。在含水層設(shè)置一定流速的地下水滲流，地下水溫度與巖土體初始溫度相同。U形管的入口設(shè)置為速度入口，入口溫度隨夏季典型日逐時(shí)冷負(fù)荷的變化而變化，出口設(shè)置為壓力出口。具體的入口溫度隨時(shí)間變化如圖1所示。

圖1 入口溫度隨時(shí)間變化

1.5 網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)

作為數(shù)值解的網(wǎng)格應(yīng)該足夠細(xì)密，以至于在進(jìn)一步加密網(wǎng)格對(duì)數(shù)值解已經(jīng)幾乎沒(méi)有影響。這種數(shù)值解稱(chēng)為網(wǎng)格獨(dú)立的解[12]。為獲得網(wǎng)格獨(dú)立的解，對(duì)于網(wǎng)格數(shù)量分別為222 327、497 608、791 652、1 062 233、1 267 854的模型進(jìn)行模擬，設(shè)置進(jìn)口溫度為15 ℃，進(jìn)口流速為0.23 m/s。待巖土溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定之后，得到回水側(cè)循環(huán)流體沿深度方向的溫度分布，結(jié)果如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)

對(duì)于網(wǎng)格數(shù)量為497 680的模型，回水側(cè)水溫沿深度方向分布差距較小。綜合考慮計(jì)算耗時(shí)和模型的精確度，選擇497 680個(gè)網(wǎng)格的模型。

2 模擬與結(jié)果分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

單位井深換熱量是衡量地埋管換熱器換熱能力的參數(shù)，其表達(dá)式為

(7)

根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]，分層單位井深換熱量可以直觀地反映每個(gè)巖土層換熱能力，其表達(dá)式為

qi=cm[(Tin,i-Tout,i)-(Tin,i+1-Tout,i+1)]/hi

(8)

式(8)中：qi為第i層巖土體的單位井深換熱量，W/m；Tin,i和Tout,i分別為第i層巖土體頂面進(jìn)水溫度和出水溫度，℃；hi為第i層巖土體的厚度，m。

為了更加簡(jiǎn)單有效地觀察各層巖土體的換熱量占總換熱量的份額，進(jìn)而確定最優(yōu)的埋管深度，提出分層單位井深換熱比率，表達(dá)式為

(9)

式(9)中：Ni為第i層的分層單位井深換熱比率；當(dāng)Ni<1時(shí)，此巖土層為低效換熱；當(dāng)Ni<0時(shí)，此巖土層為無(wú)效換熱。

2.2 模型的驗(yàn)證

通過(guò)與試驗(yàn)對(duì)比的方式來(lái)證明模型的準(zhǔn)確性。選取參考文獻(xiàn)[10]中2011年7月24日在不同深度的供回水側(cè)溫度測(cè)量數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

如表2所示：數(shù)值模擬得出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)吻合良好，兩者之間的相對(duì)誤差不超過(guò)3%，誤差產(chǎn)生的原因可能是實(shí)驗(yàn)中的埋管是以管群形式存在，各埋管相互之間有一定的干擾。誤差相對(duì)較小且在允許范圍內(nèi)，因此數(shù)值模型是準(zhǔn)確的。

表2 夏季制冷工況模擬值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

2.3 地下水對(duì)最佳埋深的影響

降低地埋管換熱性能的負(fù)面?zhèn)鳠徇^(guò)程稱(chēng)為熱回流[10]。熱回流主要來(lái)自兩個(gè)方面：①地埋管在某一層巖土體內(nèi)換熱劇烈，導(dǎo)致該層以下的巖土體對(duì)換熱有負(fù)面作用；②供回水支管間的熱短路。由于巖土體分層和地下水滲流的存在，管內(nèi)水通過(guò)不同巖土層或含水層時(shí)，水溫沿深度方向不止一次出現(xiàn)極大值和極小值，即多次出現(xiàn)熱回流現(xiàn)象，造成了埋管后半部分為無(wú)效換熱，同時(shí)也影響了整個(gè)系統(tǒng)的換熱效率。為解決這一問(wèn)題，以夏季典型日為例，在巖土原始溫度和熱物性參數(shù)已經(jīng)確定的情況下，分析不同的地下水條件對(duì)地埋管最佳埋深的影響。

2.3.1 含水層厚度對(duì)最佳埋深的影響

假設(shè)滲流速度為1×10-5m/s，含水層厚度為10 m(埋深27.6～37.6 m)，連續(xù)運(yùn)行96 h，在72 h后出口溫度趨于穩(wěn)定。水溫和分層單位井深換熱比率沿深度方向的變化如圖3所示。

在整個(gè)換熱過(guò)程中，供水支管內(nèi)水溫并非沿深度方向線性下降。在埋深38 m左右，溫度達(dá)到最低值13.6 ℃，隨著深度的增加，水溫逐漸上升，最高達(dá)到了14.4 ℃。這可能因?yàn)榈芈窆茉诤畬訁^(qū)域換熱劇烈，導(dǎo)致供水側(cè)水溫在38 m后低于巖土溫度，巖土對(duì)水起到加熱的作用。在55 m左右溫度再次下降，這可能是因?yàn)閹r土的溫度相對(duì)較低，對(duì)支管內(nèi)的水進(jìn)行了再一次的降溫。在回水支管中，水溫隨高度增加呈下降趨勢(shì)。在38～48 m處回水側(cè)溫度高于供水側(cè)。這是因?yàn)榈叵滤畬?duì)巖土溫度場(chǎng)的干擾使得熱量在滲流速度方向下游出現(xiàn)堆積，導(dǎo)致回水側(cè)的巖土體溫度高于供水側(cè)。由于地下水的作用，回水側(cè)水溫在含水層區(qū)域出現(xiàn)明顯下降，在11.5 m處達(dá)到最低的13.2 ℃。由于在出口附近供水支管與回水支管有較大的溫差，出口處的水溫受到支管間熱干擾出現(xiàn)了升溫，最終出口溫度為13.3 ℃。

通過(guò)分層單位井深換熱比率對(duì)整個(gè)支管沿程換熱能力進(jìn)行分析，由于前兩層巖土體導(dǎo)熱系數(shù)較小，其所占總換熱量的比率相對(duì)較小，Ni分別為0.48和1.03。在27.6～37.6 m處，地下水對(duì)換熱的強(qiáng)化作用使得Ni在31 m處達(dá)到最高值，為4.47。隨后Ni值便急劇下降，在45～59 m處，Ni<0，即巖土體對(duì)埋管的換熱起到了負(fù)面作用。0～37.6 m的換熱量占總換熱量的92.4%，其中含水層換熱量為72.3%?？梢钥闯觯诘叵滤饔孟?，地埋管多次出現(xiàn)熱回流現(xiàn)象。綜合水溫和Ni沿深度方向的變化，可以得出含水層以下的埋管換熱都為低效或無(wú)效換熱。此時(shí)地埋管的最佳埋深為38 m。

當(dāng)含水層厚度為20 m(埋深27.6～47.6 m)時(shí)，水溫沿深度變化如圖4所示。水溫的變化趨勢(shì)與圖3相同，但由于含水層厚度的增加，地下水對(duì)埋管換熱作用的距離變長(zhǎng)。相比較10 m含水層厚度的情況，整個(gè)埋管換熱量增加了24.5%。熱回流出現(xiàn)在47～55 m處。47.6 m之前的換熱量占總換熱量的96.2%。同時(shí)，Ni在47 m處已經(jīng)小于1，從而證明埋管同樣在含水層以下為無(wú)效換熱。此時(shí)地埋管的最佳埋深為47 m。

圖3 含水層厚度為10 m的水溫和Ni

圖4 含水層厚度為20 m的水溫和Ni

當(dāng)含水層厚度為30 m(埋深27.6～57.6 m)時(shí)，總換熱量相比20 m含水層厚度提高了32.3%。如圖5所示，水溫在含水層處出現(xiàn)明顯的下降，在46 m左右達(dá)到最低溫度13.1 ℃。在46～51 m區(qū)域內(nèi)，雖然供水溫度已出現(xiàn)熱回流，但是由于回水溫度還存在較大的溫降，此區(qū)域內(nèi)埋管換熱仍為有效換熱。Ni在51 m下降為0，埋管在51～66 m處為無(wú)效換熱。此時(shí)地埋管的最佳埋深為51 m。

圖5 含水層厚度為30 m的水溫和Ni

對(duì)含水層厚度分別為30 m(埋深27.6～57.6 m)、35 m(埋深27.6～62.6 m)、40 m(埋深27.6～67.6 m)、42.4 m(埋深27.6～70 m)的模型進(jìn)行模擬，如6圖所示，隨著含水層厚度的增加，Ni的波動(dòng)幅度變緩，這是因?yàn)樵跐B流速度相對(duì)較大的情況下，含水層厚度的增加對(duì)換熱量起到促進(jìn)作用，地埋管換熱器的總換熱量隨著含水層厚度的增大而增大，導(dǎo)致不含地下水的上層巖土體換熱量占總換熱量的份額減小。但出現(xiàn)熱回流的位置并未隨含水層厚度的增大而變化，Ni仍在埋管深度為50～52 m的區(qū)域內(nèi)下降為0。對(duì)比圖3、圖4、圖5、圖6可知，當(dāng)含水層厚度較小時(shí)，循環(huán)流體經(jīng)過(guò)含水層后便出現(xiàn)熱回流的現(xiàn)象；當(dāng)含水層厚度較大時(shí)，熱回流出現(xiàn)的位置出現(xiàn)在含水層內(nèi)部。

圖6 不同含水層厚度下的Ni

因此存在典型含水層，當(dāng)其厚度大于實(shí)際含水層厚度時(shí)，最佳地埋管埋深為實(shí)際含水層的底部；當(dāng)?shù)湫秃畬雍穸刃∮趯?shí)際含水層的厚度時(shí)，最佳埋深的位置在典型含水層的底部。通過(guò)以上的模擬結(jié)果可知，在黃土高原寒冷地區(qū)的地質(zhì)條件下，地下水滲流速度為1×10-5m/s時(shí)，典型含水層厚度約為23 m。

在之前的研究中，為了防止溫度傳感器對(duì)管內(nèi)流體的流動(dòng)和換熱產(chǎn)生影響，大多實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量供回水外側(cè)管壁的溫度和支管的熱阻來(lái)計(jì)算管內(nèi)循環(huán)流體沿深度方向的溫度變化[10]。但從供回水側(cè)巖土體溫度沿深度變化曲線可以看出，含水層的供水側(cè)巖土體溫度在地下水的作用下溫升較小，回水側(cè)由于熱堆積而溫度較高。供回水側(cè)巖土體溫度變化與水溫變化趨勢(shì)相近，但是水溫變化整體滯后，所以通過(guò)地埋管的管壁側(cè)溫度推算出的最佳埋深比實(shí)際值偏小，相差大約為5 m。

典型含水層厚度可以有效地確定地埋管的最佳埋深，但其大小受到很多因素影響，其中主要影響因素是當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和地下水情況。對(duì)于黃土高原地區(qū)，各層巖土體的熱物性與表1基本相同，差距較大的是含水層厚度、地下水滲流速度和地下水位線的高度。在確定含水層厚度的情況下，通過(guò)模擬研究滲流速度和地下水位線高度對(duì)典型含水層厚度的影響，進(jìn)而得到地埋管的最佳埋深。

2.3.2 地下水滲流速度對(duì)最佳埋深的影響

假設(shè)地下水位于埋深27.6～70 m的區(qū)域內(nèi)，分別得出滲流速度為3×10-5、1×10-5、5×10-6、3×10-6、1×10-6、5×10-7、3×10-7m/s情況下Ni的變化，如圖7所示。

圖7 不同滲流速度下的Ni

隨著滲流速度逐漸增大，典型含水層厚度先增大后保持不變，在1×10-6m/s時(shí)達(dá)到最大，約為30 m。當(dāng)滲流速度小于1×10-6m/s時(shí)，整個(gè)埋管的各層換熱量接近平衡，不會(huì)出現(xiàn)Ni<0的情況。這可能是因?yàn)檩^低的滲流速度對(duì)埋管換熱量作用較小，此時(shí)地埋管的分層換熱量與各層巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)成正比。當(dāng)滲流速度大于1×10-5m/s時(shí)，Ni在0～25 m的范圍內(nèi)小于0，這可能是因?yàn)榈叵滤魉佥^大，含水層的熱擴(kuò)散系數(shù)相比上層巖土體更大，溫度也更低。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的換熱以后，含水層將更多的熱量轉(zhuǎn)移到上層巖土體，產(chǎn)生熱量的堆積，使上層巖土體的換熱受到影響。所以，同樣存在典型滲流速度，其大小為1×10-6m/s，此時(shí)最佳埋深最大，為58 m。當(dāng)?shù)叵滤疂B流速度大于1×10-6m/s時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較明顯的熱回流現(xiàn)象，而且典型含水層厚度也會(huì)隨著滲流速度的增大而減小；當(dāng)?shù)叵滤疂B流速度低于1×10-6m/s時(shí)，地下水的作用不再明顯，埋管的分層換熱量和最佳埋深僅受巖土體熱物性的影響。

2.3.3 地下水位線對(duì)最佳埋深的影響

當(dāng)滲流速度為1×10-5m/s時(shí)，模擬得到地下水位線分別位于埋深23.8、27.6和33.2 m時(shí)Ni沿深度變化的曲線。如圖8所示，熱回流出現(xiàn)的位置隨著地下水位線的變化而變化。當(dāng)?shù)叵滤痪€在23.8 m時(shí)，在23.8～27.6 m，由于巖土層導(dǎo)熱系數(shù)最大，Ni達(dá)到最大值4.24。隨后Ni稍有下降但仍大于3。在45 m左右Ni驟降，于47.3 m處低于0，即出現(xiàn)明顯熱回流，此時(shí)地埋管最佳埋深約為47 m。當(dāng)?shù)叵滤痪€在27.6 m和33.2 m時(shí)，Ni分別在50.6 m和57.3 m降低為0，最佳埋深分別為51 m和57 m。通過(guò)以上分析可以得出：隨著地下水位線的提高，地埋管的總換熱量增大，出現(xiàn)熱回流的位置升高，但是典型含水層厚度并未變，依然為23 m。因此地下水位線高度對(duì)典型含水層厚度影響較小，但是地下水位線的提高使得典型含水層所在的位置提高，導(dǎo)致地埋管的最佳埋深變小。

圖8 不同地下水位線下的Ni

3 結(jié)論

根據(jù)黃土高原地區(qū)的巖土分層和地下水情況，通過(guò)ANSYS建立了單U形豎直地埋管換熱器的三維非穩(wěn)態(tài)換熱模型。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比證明了模型的準(zhǔn)確性。在不同含水層厚度、地下水滲流速度和地下水位線高度的情況下，利用該模型對(duì)循環(huán)流體溫度沿深度方向的變化、分層換熱量和周?chē)鷰r土體溫度響應(yīng)進(jìn)行模擬與分析，進(jìn)而得到地埋管換熱器的最佳埋深。結(jié)論如下。

(1)在地下水滲流的作用下，地埋管埋深過(guò)大會(huì)出現(xiàn)熱回流現(xiàn)象，導(dǎo)致埋管后半部分多為無(wú)效換熱。

(2)存在典型含水層，當(dāng)實(shí)際含水層的厚度不超過(guò)典型含水層厚度時(shí)，地埋管最佳埋深的位置為實(shí)際含水層底部；當(dāng)含水層厚度超過(guò)典型含水層厚度時(shí)，地埋管最佳埋深的位置為典型含水層的底部；在黃土高原地區(qū)，滲流速度為1×10-5m/s時(shí)，典型含水層位于埋深27.6～50.6 m處。

(3)分別對(duì)滲流速度為3×10-5、1×10-5、5×10-6、3×10-6、1×10-6、5×10-7、3×10-7m/s的7種情況進(jìn)行模擬與分析，得出當(dāng)滲流速度大于1×10-6m/s時(shí)，典型含水層的厚度隨滲流速度的增大而減小，在1×10-6m/s達(dá)到最大值30 m；當(dāng)滲流速度小于1×10-6m/s時(shí)，地下水不再是地埋管換熱的主要影響因素，最佳埋深僅受巖土體熱物性的影響。

(4)分別對(duì)地下水位線位于埋深23.8、27.6、33.2 m的情況進(jìn)行模擬，得到地下水位線高度對(duì)典型含水層的厚度影響較小。但是地下水位線越高，典型含水層所在的位置就越高，最佳埋深也就越小。