基于相变材料回填的地埋管换热器蓄能传热特性研究
发布时间：2020-06-03 03:46
【摘要】：地源热泵系统是利用地表浅层地热资源作为冷热源,进行能量交换的可再生能源利用技术,在能源消耗和环境污染日益严重的现状下,近年来应用广泛。地埋管换热器作为地源热泵系统利用中实现与地下土壤热交换的唯一设备,其蓄能传热问题一直是研究热点,而回填材料对地埋管换热器蓄能传热性能的影响至关重要。传统回填材料存在热影响半径大、地下换热区土壤温度持续升高或降低的缺点,因此本文提出采用相变材料(PCM)作为钻孔回填材料的一部分在减小其热响应半径的同时改善其蓄能传热特性,并通过数值模拟和实验测试,探讨了相变过程、相变材料热物性对地埋管换热器蓄能传热特性的影响。理论方面,利用CFD软件建立了相变材料回填地埋管换热器的数值模型,探讨了冬夏季工况下相变过程、导热系数、相变温度、相变潜热对地埋管换热器蓄能传热特性的影响规律。结果表明:采用PCM回填利于土壤温度恢复,夏季工况混合酸回填单井总换热量为原土回填的1.16倍,热影响半径为原土的95.65%,在建筑负荷一定条件下,能够缩小钻孔间距,减少土壤占用面积;PCM导热系数增大虽然会导致热影响半径增加,但同时也显著增加了换热量,同样负荷条件下具有优势;夏季工况采用较低相变温度、冬季采用较高相变温度的相变回填材料可以明显改善地埋管换热器的蓄能换热效果;同样条件下相变潜热的增大能够增强地埋管换热器的蓄能效果。实验方面,利用相似理论搭建了相变材料回填地埋管换热器的模型实验台,开展了夏季和冬季工况下PCM的相变过程、不同配比及强化PCM换热对地埋管换热器蓄能传热特性影响的实验研究。结果表明:采用PCM回填的地埋管换热器能够减缓钻孔内温度持续升高或降低的问题,保持地埋管换热器循环流体温度与周围回填材料之间较大的温差,对换热过程有利;同时,有效缓解钻孔外土壤温度变化幅度;此外单位井深换热量均大于原土回填,单井总换热量分别比原土回填多9.41、28.27%,能够增强地埋管换热器蓄能效果;减少了热影响半径,在一定建筑负荷条件下,能够减少土地占用面积。混合酸和油酸共同回填时两者会产生相互影响,混合酸和油酸以4:6配比时土壤热影响半径最小,实际建筑采用时要考虑地区适应性,并根据建筑冷热负荷条件选取合适配比。添加铁屑强化PCM换热会使热影响半径增加,但同时也显著增加了单井总换热量,对地埋管换热器的蓄能传热性能均有提升,但较大的导热系数会使运行期间土壤温升较大,无法及时完成相变恢复过程。本文的研究目的旨在探讨采用相变材料回填对地埋管换热器蓄能传热特性的影响,并给出其影响因素及规律,以期为相变材料回填地埋管换热器的进一步深入研究提供理论与实验的依据。
【图文】：
逦ｎ逡逑如图２－３邋ｂ）所示。逡逑５，逡逑黎＾Ｉ逡逑豳W逡逑ａ）融化逦ｂ）定量逡逑Ｗ邋＾Ｉｍｍｇｕ邋＇邋、４Ｈ｜Ｓｇ逡逑：：：邋：逡逑Ｃ）混合逦ｄ）充分d拱桢义贤迹玻补锼岷驮鹿鹚岬幕旌襄义，
本文编号：2694245
【图文】：
逦ｎ逡逑如图２－３邋ｂ）所示。逡逑５，逡逑黎＾Ｉ逡逑豳W逡逑ａ）融化逦ｂ）定量逡逑Ｗ邋＾Ｉｍｍｇｕ邋＇邋、４Ｈ｜Ｓｇ逡逑：：：邋：逡逑Ｃ）混合逦ｄ）充分d拱桢义贤迹玻补锼岷驮鹿鹚岬幕旌襄义，
本文编号：2694245
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/2694245.html
