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在世界传统能源面临危机的今日,可再生能源因其数量巨大、清洁无污染等特点而逐渐成为人类开发的重要方向。然而由于太阳能等可再生能源的不连续性,能量蓄存显得尤为重要。在蓄能系统中,土壤蓄热系统在太阳能长期蓄存中有着很重要的地位。土壤蓄热系统庞大,其实验工程量和实现难度较大,且准确模拟的计算量也十分巨大。为了从空间角度和时间角度对该系统进行缩比,降低土壤蓄热的模拟和实验工作量,本文基于相似理论,推导了土壤蓄热系统的相似函数关系,进而建立了土壤蓄热系统的传统CFD模型以及相似模型。然后参考分步逼近相似研究方法,从单管到多管、从简单工况到复杂工况,将传统模型和相似模型的结果进行对比,体现了相似模型的高效性和准确性:在本文的长期蓄热工况下,相似模型的计算耗时可以缩短10倍以上;两个模型得到的土壤温升误差很小,在2℃以内。另外,在CFD建模过程中,还进行了网格无关性验证和步长独立性验证的工作;完成建模之后,用天津某实验系统的数据对实际尺寸CFD模型进行了验证,得到的单位管长换热量的相对误差在5%以内。根据土壤蓄热相似模型,建立对应的实验系统,将土壤长期蓄热的实验结果与CFD相似模型的计算结果进行对比:进出口温差方面相对误差均在10%以内,土壤温升的误差也在1℃以下。同时,不同工况的实验结果可以得出:0.1m及更浅层的近地表土壤热流受气温影响较大,导致蓄热体的的地表0.2m的部分温度较低,0.5m等中间位置的土壤温升最大;管群侧面距离管子0.1m的位置处,热流很小,相比于0.05m距离处的测点,热流变化趋势一致且具有延迟性;基于本文设计的工况,40℃的入口水温相比30℃和50℃来说蓄热效果更好,入口流量为610 L/h时得到的温升远远高于814 L/h和407 L/h对应的工况,温升最高达到了18℃。最后,将CFD相似模型应用到夏热冬冷地区太阳能长期蓄存的工况中。可以得到,1个月的热影响半径在2m以内,蓄热进行到9月底,中心温度升高了17℃,而蓄热边界处温度最高升高6.5℃;气温由低温剧烈变化到高温时,受低温影响的浅层土壤会因为响应延迟而产生部分低温层;每个月的内能变化量逐渐减小,土壤平均温度最终升高了11.37℃;地表散热受气温影响最大,侧面散热是主要的散热部分。本文提出了不同的控制策略并对比分析了三种蓄热策略的效率变化情况,结果表明方案一(间隔加热)在蓄热初期会有一定成效,但3个月以上的长期蓄热中其效率会降低,方案二(加倍时长)的优势也同样有所下降。本文还利用CFD相似模型对比了蓄热期不同起始月份对长期蓄热效率的影响,对比发现,蓄热期的起始月份越晚,平均蓄热效率越高,若7月份作为起始月份,则整个蓄热期的平均蓄热效率可达63.02%。综上,本文通过传统仿真模型和相似模型实验系统对CFD相似模型进行了充分的对比验证,表明该模型可以高效准确地完成土壤长期蓄热的模拟工作。将其运用在夏热冬冷地区的太阳能长期蓄热的工况中,得到了具有指导意义的结论。