并联双U形桩基埋管换热器热-力学特征的数值仿真研究

桩基埋管换热器(能量桩)作为土壤源热泵的末端换热装置同时需承担常规桩基功能。因此,除其换热性能应满足空调供暖负荷需求之外,其间歇交替从周围土壤取、放热所引起的桩基应力变化亦不应危及上部建筑结构的稳定性。为了深刻揭示能量桩的热-力学特征,联合使用Comsol和Abaqus软件建立了并联双U形桩基埋管换热器的三维动态数值仿真模型,利用现场实测结果验证了仿真结果的正确性,分析了桩基内部的动态温度分布、轴力分布以及桩身位移状况;进一步探究了四种不同桩基长径比、流速情况下的双U形埋管以及三种不同埋管形式的桩基换热器的换热性能和力学特征,揭示了出口水温和单位桩深换热量等动态换热性能以及桩身轴力和桩顶位移等力学性能参数的时变特性。结果表明埋管形式和桩基长径比对桩基埋管换热器换热和力学性能的影响较显著,流速的影响较弱;长径比和流速越大,埋管的换热能力越大,但进、出口水温温差也越大,由温度变化所引起的附加桩身轴力、桩顶位移以及侧摩阻力也相应增大。