1.一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：从影响地埋管换热器性能的参数中选取设计参数，并确定优化的目标函数：采集待优化的U型地埋管换热器的如下参数：流体进口温度Tin，流体进口速度uin，U型管直径dp，U型管管间距l，打孔直径db，流体的动力粘度vf；以及待优化U型地埋管换热器所处土壤位置的土壤温度T∞；选取设计参数：无量纲直径 无量纲的管间距 无量纲进口温度 雷诺数

确定优化的目标函数为：基于热力学第二定律的最小熵产数Ns和最大综合性能指数η；

第二步：选择设计参数的范围，然后使用中心组合设计生成设计试验点，基于设计试验点进行目标函数CFD模拟计算，得到各个设计试验点所对应的熵产数Ns和综合性能指数η；

* * *

第三步：构造地埋管设计变量(Re、Tin 、dp 和l)与目标函数(Ns和η)之间的Kriging响* * *应面，评估地埋管设计变量(Re、Tin、dp和l)与目标函数(Ns和η)之间的关系；Kriging响应优化方法以方差变化反应空间变化，通过插值的方法确定未知点的值，由已知点的值预测其他点的值；

第四步：基于构造的Kriging响应面，通过遗传算法优化目标函数，获得预测值；

第五步：第四步中得到的预测值，与实际模拟计算值进行对比验证，当|预测值‑实际值|/实际值≤5％时，输出预测值；

当|预测值‑实际值|/实际值>5％时，增加设计点，回到第二步重复进行优化，直到得到误差≤5％的预测值；

* * *

第六步：获取第五步最优解对应的(dp ,l ,Tin ,Re)，从而得到地埋管换热器的设计参数；流体进口温度Tin，流体进口速度uin，U型管直径dp，U型管管间距l，打孔直径db。

2.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，第一步中根据采集的待优化的U型地埋管换热器的参数进行模拟，计算无量纲熵产数Ns和综合性能指数η；

无量纲熵产数定义如下，Tin进口温度选为温度因素；

式中：ΔTg——流体进口与壁面温度之差，即为ΔTg＝Tin‑Tb，Tb为打孔壁面的平均温度/K；ΔP——流体进出口的压力差/Pa，即为ΔP＝Pin‑Pout，Pin为流体进口压力/Pa，Pout为‑3流体出口压力/Pa；ρf——工作流体的密度/kg·m ；Q——U型管与周围土壤换热功量/W。

3.根据权利要求2所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，综合性能指数η，计算方法 综合性能指数η为一个相对的性能指标，用来对比不同工况下地埋管的传热特性和阻力损失；当综合性能指数η越大时，说明地埋管换热器的综‑2 ‑1合性能越优；式中 h——对流传热表面传热系数/W·m ·K ；Nu——Nusselt‑1 ‑1

数；λ——导热系数/W·m ·K ； f——摩擦因子；ρf——工作流体的密度；

‑1

uf——工作流体的速度/m·s ；ΔP——地埋管进出口压力之差/Pa；L——总管长/m。

4.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，第二步选择设计参数的范围具体如下：

U型管管径dp为10mm‑40mm，U型管管间距l为50mm‑100mm；

‑1 ‑1

地埋管换热器流体进口流速uin为0.1m·s ‑1m·s ，打孔直径db＝150mm，地面管换热器流体进口温度Tin为33.425℃‑47.75℃。

5.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，第三步Kriging插值方法的表达式是Z(x)＝f(x)+z(x)；

f(x)是二阶的多项式方程；

z(x)是方程的扰动，其是模型局部行为的决定参数；

第三步中多目标参数的数学模型构建如下：

* * *

目标函数：最小值Ns(dp ,l ,Tin ,Re)；

* * *

最大值η(dp ,l ,Tin ,Re)；

* * *

范围：1/15≤dp≤4/15,1/3≤l≤2/3,1.75≤Tin≤2.5,994≤Re≤39769。

6.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，用于地源热泵系统中U型地埋管换热器设计。

7.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，第四步具体包括：基于构造的Kriging响应面，通过遗传算法优化目标函数，遗传算法设定初始种群为100，交叉概率为0.98，突变概率为0.01；设定每次迭代的种群数为1000，收* * *敛到全局最优解或者达到迭代次数后输出一组设计参数dp ,l ,Tin ,Re的预测值。

8.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，第五步具体包括：根据第四步中预测得到的最小熵产数Nsp和最大综合性能评价指数* * * * * *ηp，以及其对应的dp ,l ,Tin ,Re值，并将此组设计参数dp ,l ,Tin ,Re进行CFD模拟计算获得熵产数Nsn和综合性能评价指数ηn；当|Nsp‑Nsn|/Nsn≤5％且|ηp‑ηn|/ηn≤5％时，输出最小熵* * *产数Nsp和最大综合性能评价指数ηp以及其对应的设计参数dp ,l ,Tin ,Re；否则，增加设计点，回到第二步重复进行优化，直到得到误差≤5％的最优解。

9.根据权利要求1所述的一种U型地埋管换热器多目标多参数的优化设计方法，其特征在于，第五步中所述实际值为将第四步中预测得到的最小熵产数Nsp和最大综合性能评价* * *指数ηp所对应的dp ,l ,Tin ,Re值，进行CFD模拟计算获得。