一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法

摘要

本发明公开了一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，包括初始参数设置部分及循环迭代计算部分；循环迭代计算部分包括：根据实际换热井结构确定中深层地埋换热器结构的参数，同时根据初始参数设置部分设置计算初值条件；根据实际管段长度，沿管道长度方向将管道整体划分为若干控制单元体，并确定各控制单元体位置坐标、确定运行周期总时长和时间步长，最终完成迭代条件设置；迭代参数初始化设置及循环迭代求解：步骤四，循环迭代计算收敛判断及结果输出。该方法有助于人们在工程开展前对系统运行过程中各部分的物理参数取得整体性了解，为实际工程提供理论指导。方法的应用可以在实际工程开展前完成，具有易实施的优点。

权利要求

1.一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，包括初始参数设置部分及循环迭代计算部分；

所述初始参数设置部分包括：获得地埋套管换热器尺寸参数和热物性参数以及换热器所在地点的岩土热物性参数；

所述计算部分采用循环迭代的方式计算，具体步骤包括：

步骤一，根据实际地热井结构确定中深层地埋换热器结构参数，同时根据初始参数设置部分设置计算初值条件；

步骤二，根据实际地埋换热器管段长度，沿管道长度方向将管道整体划分为若干控制单元体，并确定各控制单元体位置坐标、确定运行周期总时长和时间步长，最终完成迭代条件设置；

步骤三，迭代参数初始化设置及循环迭代求解：

对地埋套管换热器中的流动工质逐段进行控制方程的求解，得到t时刻每个控制单元体内对应的所需物理量的值；得到计算结果后，将所得结果与t-1时刻的对应结果值进行比较，若误差小于用于判断误差的小量，则所得到的物理量的值即为t时刻下满足要求的结果；否则对当前迭代次数进行判断，若所述迭代次数小于预先设定的最大迭代次数，则继续进行下一轮迭代计算；

步骤四，循环迭代计算收敛判断及输出地埋套管换热器性能物理量的值；

步骤三具体包括以下步骤：

a、由工质温度及工质的物性参数随温度的变化规律，计算工质的热物性参数；

b、根据所采用套管的材质，得到套管换热器材料的导热系数及热阻；

c、根据地埋套管式换热器所在地点的地温梯度及地质情况，计算岩土的热物性参数；

d、进行t时刻的对流及导热部分计算，包括地埋套管换热器中，以环间流经验公式计算努谢尔数及摩擦因数，根据导热及对流公式求解离散控制方程，得到各个控制单元体的瞬时换热量；

e、计算各控制单元体中工质的瞬时压力、温度以及流速，并计算三者与t-1时刻的计算值之差；

f、将e中所求得的三个差值进行比较，并将三者的最大值与所述预先给定的用于判断误差的小量进行比较，得到二者之差；

g、判断计算精度是否达到要求，若f中所述的二者差值小于所述用于判断误差的小量，则本轮迭代结果的计算精度已达到要求，此时所得到的各控制单元体工质的温度、压力、流速及换热量即作为t时刻的计算结果；将各控制单元体的换热量累加，得到t时刻系统的总换热量；

h、将t时刻所求得的各控制单元体工质的温度、压力及流速作为t+1时刻计算过程的已知量；

i、若f中差值的最大值大于所述用于判断误差的小量，且未达到预先设置的最大迭代次数，则进行t时刻的下一轮迭代计算。

2.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤一中，所述地埋换热器的参数包括换热器深度、内外径、壁厚和材料热物性；所述计算初值条件包括入口工质温度、入口工质流量、管道尺寸及岩土热物性参数。

3.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤二中，确定各控制单元体位置坐标的方法为：确定总控制单元体数及相邻控制单元体的长度之比，根据控制单元体数及长度比例对地埋套管换热器进行分段，并以套管开口端为坐标原点，依次确定各控制单元体中心点所在位置及具体坐标。

4.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤二中，所述确定运行周期总时长和时间步长方法为：总时长即为所需计算换热器的总运行时间，时间步长根据总体计算时间及计算精度综合考虑，最终通过优化后确定，在保证精度的前提下缩短计算时间。

5.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤二中，所述迭代计算条件包括迭代计算最大循环次数、总计算时长、时间步长和用于判断误差的小量。

6.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤三中，循环迭代求解是由零时刻开始进行计算，每次增加一个时间步长，依次进行地埋套管换热器内换热量的求解部分。

7.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤d中，环间流经验公式如下：Nu＝0.1437Re0.3981Pr

其中：Nu为努谢尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。

8.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤d中，离散控制方程如下：其中：ρ为密度，x,y,z为三维直角坐标的三个方向，u，v，w为各方向速度，t为时间，p为压力，η为流体的动力粘度，h为焓值，Su，ST为源项。

9.根据权利要求1所述的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，其特征在于，步骤四具体步骤如下：t时刻循环迭代计算完成后，对已进行的计算时长进行判断：若计算时长尚未达到预先设置总时间长度，则计算时长增加一个时间步长，继续进行t+1时刻的迭代计算；否则说明已经完成所述预先设置的运行周期总时长，此时所得的结果即为最后时刻的计算值，并与所有时间层下的结果一并组成整个时间段的计算结果。

说明书

一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及换热器设计技术领域，特别涉及一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法。

背景技术

[0002] 随着能源问题的日益突出，清洁能源的利用越来越受到人们的重视。地热能作为一种清洁、可持续的能源，目前已经受到越来越广泛的利用。而在目前使用地埋管换热器进行地热能利用的过程中，尚未出现具有工程应用价值的计算方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种结构清晰、功能完善、输入灵活的针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，该方法是一种适用于采用计算机语言进行模拟的计算方法，为实际工程提供设计参数。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0005] 一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，包括初始参数设置部分及循环迭代计算部分；

[0006] 所述初始参数设置部分包括：获得地埋套管换热器尺寸参数和热物性参数以及换热器所在地点的岩土热物性参数；

[0007] 所述计算部分采用循环迭代的方式计算，具体步骤包括：

[0008] 步骤一，根据实际地热井结构确定中深层地埋换热器结构参数，同时根据初始参数设置部分设置计算初值条件；

[0009] 步骤二，根据实际地埋换热器管段长度，沿管道长度方向将管道整体划分为若干控制单元体，并确定各控制单元体位置坐标、确定运行周期总时长和时间步长，最终完成迭代条件设置；

[0010] 步骤三，迭代参数初始化设置及循环迭代求解：

[0011] 对地埋套管换热器中的流动工质逐段进行控制方程的求解，得到t时刻每个控制单元体内对应的所需物理量的值；得到计算结果后，将所得结果与t-1时刻的对应结果值进行比较，若误差小于用于判断误差的小量，则所得到的物理量的值即为t时刻下满足要求的结果；否则对当前迭代次数进行判断，若所述迭代次数小于预先设定的最大迭代次数，则继续进行下一轮迭代计算；

[0012] 步骤四，循环迭代计算收敛判断及输出地埋套管换热器性能物理量的值。

[0013] 作为本发明的进一步改进，步骤一中，所述地埋换热器的参数包括换热器深度、内外径、壁厚和材料热物性；所述计算初值条件包括入口工质温度、入口工质流量、管道尺寸及岩土热物性参数。

[0014] 作为本发明的进一步改进，步骤二中，确定各控制单元体位置坐标的方法为：

[0015] 确定总控制单元体数及相邻控制单元体的长度之比，根据控制单元体数及长度比例对地埋套管换热器进行分段，并以套管开口端为坐标原点，依次确定各控制单元体中心点所在位置及具体坐标。

[0016] 作为本发明的进一步改进，步骤二中，所述确定运行周期总时长和时间步长方法为：

[0017] 总时长即为所需计算换热器的总运行时间，时间步长根据总体计算时间及计算精度综合考虑，最终通过优化后确定，在保证精度的前提下缩短计算时间。

[0018] 作为本发明的进一步改进，步骤二中，所述迭代计算条件包括迭代计算最大循环次数、总计算时长、时间步长和用于判断误差的小量。

[0019] 作为本发明的进一步改进，步骤三中，循环迭代求解是由零时刻开始进行计算，每次增加一个时间步长，依次进行地埋套管换热器内换热量的求解部分。

[0020] 作为本发明的进一步改进，步骤三具体包括以下步骤：

[0021] a、由工质温度及工质的物性参数随温度的变化规律，计算工质的热物性参数；

[0022] b、根据所采用套管的材质，得到套管换热器材料的导热系数及热阻；

[0023] c、根据地埋套管式换热器所在地点的地温梯度及地质情况，计算岩土的热物性参数；

[0024] d、进行t时刻的对流及导热部分计算，包括地埋套管换热器中，以环间流经验公式计算努谢尔数及摩擦因数，根据导热及对流公式求解离散控制方程，得到各个控制单元体的瞬时换热量；

[0025] e、计算各控制单元体中工质的瞬时压力、温度以及流速，并计算三者与t-1时刻的计算值之差；

[0026] f、将e中所求得的三个差值进行比较，并将三者的最大值与所述预先给定的用于判断误差的小量进行比较，得到二者之差；

[0027] g、判断计算精度是否达到要求，若f中所述的二者差值小于所述用于判断误差的小量，则本轮迭代结果的计算精度已达到要求，此时所得到的各控制单元体工质的温度、压力、流速及换热量即作为t时刻的计算结果；将各控制单元体的换热量累加，得到t时刻系统的总换热量；

[0028] h、将t时刻所求得的各控制单元体工质的温度、压力及流速作为t+1时刻计算过程的已知量；

[0029] i、若f中差值的最大值大于所述用于判断误差的小量，且未达到预先设置的最大迭代次数，则进行t时刻的下一轮迭代计算。

[0030] 作为本发明的进一步改进，步骤d中，环间流经验公式如下：

[0031] Nu＝0.1437Re0.3981Pr

[0032] 其中：Nu为努谢尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。

[0033] 作为本发明的进一步改进，步骤d中，离散控制方程如下：

[0034]

[0035]

[0036]

[0037] 其中：ρ为密度，x,y,z为三维直角坐标的三个方向，u，v，w为各方向速度，t为时间，p为压力，η为流体的动力粘度，h为焓值，Su，ST为源项。

[0038] 作为本发明的进一步改进，步骤四具体步骤如下：

[0039] t时刻循环迭代计算完成后，对已进行的计算时长进行判断：若计算时长尚未达到预先设置总时间长度，则计算时长增加一个时间步长，继续进行t+1时刻的迭代计算；否则说明已经完成所述预先设置的运行周期总时长，此时所得的结果即为最后时刻的计算值，并与前述所有时间层下的结果一并组成整个时间段的计算结果。

[0040] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0041] 本发明的无网格快速工程计算方法，基于传热学的对流传热、导热传热规律及其耦合计算方法，将实际工程中所采用的地埋套管换热器尺寸结构、材料物性及系统工况等作为输入参数，通过对各控制单元体建立坐标并实施迭代守恒计算，实现了超大管长-管径比的地埋换热器无网格快速计算。本算法避免了采用传统网格划分数值计算方法时，因换热器管长-管径比过大而产生的数量巨大的网格数或无法实施的问题，主要用于获取换热器运行过程中的换热量、出口工质温度等与工程应用紧密相关的参数。该方法的应用可以通过编程的方式实施，在实际工程开展前获取所需输入参数信息，通过计算机自动计算实现性能的预估，并可以根据计算收敛情况在调试过程中对迭代次数、时间步长进行调试，从而在最终使用过程中有效减少计算时间，具有高效、易实施的优点。在项目设计阶段对换热器的取热性能进行模拟计算，提前掌握系统所能够实现的取热量、出口工质温度、水泵所需提供的压头等参数，为工程项目的实施提供设计参数，实现更高的经济效益。

附图说明

[0042] 图1为本发明的所针对的地埋套管式换热器的系统示意图；

[0043] 图2为本发明的计算方法的计算流程图；

[0044] 其中，1为水泵，2为热泵机组，3为地埋套管式换热器，4为控制单元体。

具体实施方式

[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0046] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

[0047] 图1位所针对的地埋套管式换热器的系统示意图，管道内的工质由水泵驱动，由地上热泵机组输送至地埋套管式换热器的外管内，在完成与周围岩土的换热过程后，由所述地埋套管式换热器内管流出，回到热泵机组，经由该过程为热泵机组提供所需的高温工质。

[0048] 图2为针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法的流程图。本发明一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，完成该计算总共有两个步骤，分别为初始参数的确定以及迭代计算部分。而迭代计算部分包括计算参数设置部分、循环迭代求解部分以及循环迭代计算收敛判断部分。

[0049] 初始参数设置的具体方法为：确定计算所需的初始参数，包括所研究地埋套管式换热器的尺寸参数、材料的热物性参数，以及换热器所在地点岩土的岩层主要成分、温度梯度、热物性参数及含水层。

[0050] 所述迭代计算部分的具体步骤为：

[0051] a、由工质温度及工质的物性参数随温度的变化规律，计算工质的热物性参数，包括密度、比热容、导热系数及粘性；

[0052] b、根据所采用套管的材质，得到套管换热器材料的导热系数及热阻；

[0053] c、根据所述地埋套管式换热器所在地点的地温梯度及地质情况，计算岩土的热物性参数，包括密度、比热容及导热系数；

[0054] d、进行t时刻的对流及导热部分计算，包括地埋套管换热器中，以环间流经验公式计算努谢尔数及摩擦因数，根据导热及对流公式求解离散控制方程，得到各个控制单元体的瞬时换热量；

[0055] e、计算各控制单元体中工质的瞬时压力、温度以及流速，并计算三者与t-1时刻的计算值之差；f、将e中所求得的三个差值进行比较，并将三者的最大值与所述预先给定的用于判断误差的小量进行比较，得到二者之差；

[0056] g、判断计算精度是否达到要求，若f中所述的二者差值小于所述用于判断误差的小量，则说明本轮迭代结果的计算精度已达到要求，此时所得到的各控制单元体工质的温度、压力、流速及换热量即可作为t时刻的计算结果。将各控制单元体的换热量累加，可以得到t时刻系统的总换热量；h、将t时刻所求得的各控制单元体工质的温度、压力及流速作为t+1时刻计算过程的已知量；

[0057] i、若f中所述的差值的最大值大于所述用于判断误差的小量，且未达到预先设置的最大迭代次数，则进行t时刻的下一轮迭代计算。

[0058] 循环迭代计算收敛判断：

[0059] t时刻循环迭代计算完成后，对已进行的计算时长进行判断。若计算时长尚未达到所述预先设置总时间长度，则计算时长增加一个时间步长，继续进行t+1时刻的迭代计算；否则说明已经完成所述预先设置的运行周期总时长长度，此时所得的结果即为最后时刻的计算值，与前述所有时间层下的结果一并组成整个时间段的计算结果。

[0060] 本发明无网格计算方法的原理分析如下：

[0061] 所述计算部分由计算参数的确定及设置部分、循环迭代求解部分、循环迭代计算收敛判断部分组成。

[0062] 为实现上述目的，所述计算参数设置部分主要对循环迭代中所需的最大循环次数及时间步长和总时间长度、系统入口工质的初始温度流量以及各控制单元体的坐标进行设置，为循环迭代计算提供所需条件，限定迭代次数。

[0063] 为实现上述目的，所述循环迭代求解部分的实施方法为，对地埋套管换热器中的流动工质逐段进行控制方程的求解，得到t时刻每个控制单元体内对应的所需物理量的值。

[0064] 为实现上述目的，得到所述计算结果后，将所得结果与t-1时刻的对应结果值进行比较，若误差小于所述用于判断误差的小量，则所得到的物理量的值即为t时刻下满足要求的结果；否则对当前迭代次数进行判断，若所述迭代次数小于预先设定的最大迭代次数，则继续进行下一轮迭代计算。

[0065] 为实现上述目的，在得到t时刻下满足要求的物理量的值后，将已经计算的时长与预先设置的总计算时长进行比较，若计算时长达到所述预先设置的总计算时长，则计算完毕，所得结果即为最终结果；否则继续进行t+1时刻的循环迭代计算。

[0066] 实施例

[0067] 如图2所示，一种针对中深层地埋套管换热器性能的无网格计算方法，包括以下步骤：

[0068] 初始参数设置部分的具体方法为：获得地埋套管换热器不同直径管段的控制单元体数、各管段的长度以及不同管段对应的内管内径、内管外径、外管内径、外管外径。获得地埋套管换热器内外管的热物性参数，以及换热器所在地点的岩土热物性参数，包括各岩层主要成分、地温梯度、导热系数、比热容、密度以及含水层的分布。

[0069] 计算方法由初始参数设置部分及计算部分组成。

[0070] 所述计算部分采用循环迭代的方式进行。循环迭代计算部分过程的具体方法步骤为：

[0071] 步骤一、计算参数的确定及设置；

[0072] 具体方法为，根据实际地热井结构确定中深层地埋换热器结构的参数，所述结构参数包括地脉换热器深度、内外径、壁厚、材料热物性；同时设置计算初值条件，所述计算初值条件包括入口工质温度、入口工质流量、管道尺寸、岩土热物性参数。

[0073] 步骤二、计算区域划分及迭代条件设置；

[0074] 具体方法为，根据实际管段长度，沿管道长度方向将管道整体划分为若干控制单元体，并确定各控制单元体位置坐标、确定运行周期总时长和时间步长，最终完成迭代条件设置。

[0075] 所述确定各控制单元体位置坐标的方法为，确定总控制单元体数及相邻控制单元体的长度之比，根据所述控制单元体数及长度比例对地埋套管换热器进行分段，并以套管开口端为坐标原点，依次确定各控制单元体中心点所在位置及具体坐标。

[0076] 所述确定运行周期总时长和时间步长方法为，总时间即为所需计算换热器的总运行时间，所述时间步长根据总体计算时间及计算精度综合考虑，最终通过优化后确定，在保证精度的前提下缩短计算时间。

[0077] 迭代计算条件设置包括迭代计算最大循环次数、总计算时长、时间步长、用于判断误差的小量的设置。

[0078] 步骤三、迭代参数初始化设置及循环迭代求解；

[0079] 迭代参数初始化设置的方法为，为地埋套管换热器工质温度、压力及流速设置初始值。循环迭代求解由零时刻开始进行计算，每次增加一个时间步长，依次进行地埋套管换热器内换热量的求解部分。

[0080] 所述循环迭代求解部分中，所述控制方程求解部分的具体方法为：

[0081] a、根据工质温度计算工质的热物性参数，包括密度、比热容、导热系数及粘性；

[0082] b、根据套管换热器材料的导热系数及岩土导热系数计算综合热阻；c、根据不同深度及种类的岩层，分别将岩土的热物性参数，包括密度、比热容及导热系数整理成随深度变化的函数；

[0083] d、采用实验拟合得到的关联式计算得出地埋套管换热器中环间流的努谢尔数。所采用的关联式如下：

[0084] Nu＝0.1437Re0.3981Pr

[0085] 其中：Nu为努谢尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。

[0086] e、根据导热及对流公式求解离散控制方程，得到各个控制单元体的瞬时换热量，所采用控制方程如下：

[0087]

[0088]

[0089]

[0090] 其中：ρ为密度，u，v，w为各方向速度，t为时间，η为流体的动力粘度，Su，ST为源项；

[0091] 计算各控制单元体中t时刻工质的瞬时压力、温度以及流速，并获得三者与t-1时刻的计算值之差；

[0092] f、取e中所求得的三个差值的最大值，与所述预先给定的用于判断误差的小量进行比较，得到二者之差；

[0093] g、判断计算精度是否达到要求，若f中所述的二者差值小于所述用于判断误差的小量，则说明本轮迭代结果的计算精度已达到要求，此时所得到的各控制单元体工质的温度、压力、流速及换热量即可作为t时刻的计算结果。将各控制单元体的换热量累加，可以得到t时刻系统的总换热量；

[0094] h、将t时刻所求得的各控制单元体工质的温度、压力及流速作为t+1中计算过程的已知量；

[0095] i、若f中所述的差值的最大值大于所述用于判断误差的小量，且未达到预先设置的最大迭代次数，则进行该t时刻的下一轮迭代计算。

[0096] 步骤四、循环迭代计算收敛判断及结果输出。

[0097] 所述循环迭代计算收敛判断的方法：

[0098] t时刻循环迭代计算完成后，对已进行的计算时长进行判断。若计算时长尚未达到所述预先设置总时间长度，则计算时长增加一个时间步长，继续进行t+1时刻的迭代计算；否则说明已经完成所述预先设置的运行周期总时长长度，此时所得的结果即为最后时刻的计算值，与前述所有时间层下的结果一并组成整个时间段的计算结果。

[0099] 以下，对本发明的实施例进行说明。

[0100] 如图1所示为套管式换热器的结构。在本实施例中以采用水作为工质的变径一次的套管式换热器连续运行为例进行说明，其尺寸为：第一段外管外径doo1＝24.45cm，外管内径为dio1＝22.66cm，内管外径为doi1＝12.50cm，内管内径为dii1＝10.22cm，长度为h1＝1300m；第二段外管外径doo2＝17.78cm，外管内径为dio2＝16.17cm，内管外径为doi2＝
11.00cm，内管内径为dii2＝9.00cm，长度为h2＝1900m；管道入口水温为Tin＝17℃，体积流量为V0＝30m3/h；内管材料导热系数为λi＝0.2W/mK，外管材料导热系数为λo＝43.0W/mK；系统运行的总时间为t＝12.5h，时间步长为dt＝900s；迭代计算最大循环次数为nstep＝100，用于判定误差的小量e＝10-4。

[0101] 首先，沿管道长度方向，将管道整体长度h划分为L＝140个控制单元体，以管道入口部分为起点，沿管道长度方向为x正方向，依次计算各控制单元体中心点的位置坐标，其中第i个控制单元体中心点与原点的距离为 以管道中心为原点，沿管道半径方向为y正方向，依次划分M＝20个控制单元体，每个控制单元体中心点的坐标为yj。至此，迭代条件设置部分完成。

[0102] 接着，对所需计算的各个参数进行初始化设置。其具体方法为，在0时刻，套管式换热器内部水的温度、压力、流速均设置为0，并根据水的物性参数随温度变化规律，计算得出此时水的密度为999.9kg/cm3、比热容为4.212kJ/kg·K、导热系数为0.551W/mK，运动粘度为1.789×10-6m2/s。

[0103] 然后根据套管换热器材料的导热系数λo、换热器内水的对流换热系数、岩土导热系数计算综合热阻。并将不同深度处岩土的密度、比热容及导热系数整理成深度的函数。

[0104] 对管道入口水所流过的第一个控制单元体进行守恒计算，其具体方法为，由水的流速及热物性参数计算雷诺数Re及普朗特数Pr，接着采用实验拟合所得关联式计算得出地埋套管换热器中环间流的努谢尔数，

[0105] Nu＝0.1437Re0.3981Pr

[0106] 接着离散换热过程中的控制方程，并根据控制体入口处流体温度，y方向相邻控制体所带来的热量及控制体的能量守恒，计算得出内部流体的温升、出口水温及瞬时换热量、流速、压力等参数，并以此作为第二个控制体的入口条件。

[0107] 以此类推，对后续控制单元体进行计算，直至最后一个控制单元体计算完毕。接着以本轮计算结果作为下一轮计算中各控制体的已知量，按照前述方法进行第二轮计算，直至所计算的各个参数与前一轮之差小于预先给定的小量e，则结果收敛，0时刻计算过程完毕，此时出口水温为20.80℃，换热量为132.03kW。

[0108] 以0时刻计算结果为下一时刻的计算初值，按照相同方法进行迭代计算，直至所进行的计算时间达到预先设定的系统运行时间t＝12.5h，则此时可得最后一个控制单元体的水温为27.72℃，即为换热器的出口水温；所有单元体t时刻的瞬时换热量之和为372.28kW，即为系统的总换热量。

[0109] 根据本发明的计算方法，当地埋套管换热器的尺寸参数及地点发生改变时，只需要更改参数设置部分，即可通过计算得到所需要的换热量、出口工质温度、泵功等物理量，而不需要改变计算部分，从而大大节省了计算时间，为实际工程提供了理论依据及数据参考，有助于节约工程成本，提高经济效益。

[0110] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，凡在本发明的精神和原则之内，做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

[0111] 尽管以上结合附图对本发明的具体实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明的权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。