非结构化网格技术在土壤源热泵数值计算中的应用探索

"非结构化网格在相关数值编程中的应用，申思，官燕玲，陕西省科学技术研究发展计划项目，陕西省住房和城乡建设厅科学技术计划项目，热渗耦合理论，土壤源热泵，U型地埋管换热器，Delaunay网格，边界一致性，薄元" 非结构化网格在计算流体动力学（CFD）编程中扮演着至关重要的角色，尤其是在处理复杂几何形状的问题时。与传统的结构化网格相比，非结构化网格能够更好地适应不规则边界和复杂几何结构，因此在土壤源热泵U型地埋管换热器等工程问题的数值模拟中被广泛应用。 土壤源热泵系统是一种利用地下稳定温度进行冷暖调节的高效能源技术。U型地埋管换热器是该系统的关键组成部分，其内部的传热传质过程涉及流体流动和热能交换。对这一过程进行准确的数值计算，需要高质量的网格划分，以确保计算结果的精确性和稳定性。 非结构化网格技术主要有三种类型：Tetrahedral网格、Hexahedral网格和Delaunay网格。其中，Delaunay网格在三维实体建模中尤为突出，它能自动生成无悬挂节点和无穿孔边的网格，保证了网格的质量。然而，使用Delaunay网格进行数值计算时，会遇到两个关键问题：边界一致性问题和薄元问题。 边界一致性问题指的是网格与物理边界的一致性，这对于正确捕获边界条件至关重要。不一致的边界可能导致计算误差，影响结果的准确性。解决这个问题通常需要精细的网格调整和优化算法。 薄元问题则涉及到网格中过于细长或扁平的单元，这些单元可能带来数值稳定性问题，特别是在求解偏微分方程时。薄元的存在可能导致局部分辨率不足，影响计算精度。为了改善这一情况，研究人员通常采用细化网格或者采用适应性网格技术来动态调整单元大小。 在土壤源热泵U型地埋管换热器的热渗耦合数值计算中，采用非结构化网格，尤其是Delaunay网格，可以有效处理复杂的地下环境和管道结构。同时，通过解决边界一致性问题和薄元问题，可以提高数值模拟的精确度，为设计和优化此类系统提供有力的工具。 非结构化网格技术，特别是Delaunay网格，对于理解并预测土壤源热泵系统的性能具有重要意义。通过深入研究和优化这些技术，可以进一步推动环境科学与工程领域的数值模拟技术发展，提高能源利用效率和环境保护效果。