中深层地热源热泵套管式地埋管换热器传热特性研究

发布时间：2020-10-22 08:10

　　 中深层地热源热泵系统是新型热泵供暖技术,对实现清洁供暖具有重要意义。热泵系统的核心是热源侧的地埋管换热装置,为保证地下换热的稳定性,通常使用套管式结构。本文系统的研究了该系统套管式地埋管换热器与土壤相互作用的传热特性。通过现场勘探整理得到实验场地的水文地质和土壤温度分布资料,设计了热源井套管式地埋管换热器和热泵系统供暖实验方案,进行了现场实验。通过不同的进口温度和流量的实验工况,探究了换热器的换热性能和土壤温度的恢复时间。建立了适用于中深层套管式地埋管换热器的传热模型。推导得到套管内流体温度的轴向分布,并分析了流速以及内外管管材对套管换热器传热的影响。推导得到1200米热源井井壁的温升,并得到了不同深度处热源井壁的温度分布,与实测实验数据相符。在验证了各种模型假设条件的合理性后,以V.C.Mei的传热模型为基础,结合能量平衡和热传导微分方程建立了热源井内外耦合传热的数值模型,给出了数值求解方法并进行数值模拟。对模拟结果做了简要的传热分析。忽略管壁的控制方程后建立了热源井内外耦合的简化传热模型,减小了存在套管管壁引起划分网格宽度的突然变化所带来的数值误差影响,大大加快模型的数值计算速度。进行了换热器传热影响参数的研究。研究结果表明:增加热源井深度,可以提高换热器换热量,节省用地面积,但钻井成本会急剧增大,工程上应结合实际情况选取最佳的热源井深度;套管换热器的内管管材应选取导热性能较差的塑料管,减少热流短路损失,而外管材料应选取导热性能较好的金属材料管,增强与周围土壤热源的换热;套管换热器应选取合适的内管外管管径比提高换热效果;套管外管土壤浅层部分应设置保温措施;换热器的进出水温差和循环流量共同影响热源井地埋管的换热量的大小;热泵机组通过流量调节措施调节负荷变化;在热泵系统运行中,换热器循环流体低温入口,大流量运行,可提高换热器和热泵机组的稳定性。本文的研究工作对深入认识中深层地热热泵的套管式地埋管换热器提供了理论参考,为工程实践提供理论指导和依据。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83
【部分图文】：

热源热泵作为一种热泵新兴技术，实验研究仍处于空白究中深层地热源热泵系统运行特性的关键措施，因此开实验研究很有必要。验工程概况地质概况地理位置如图 2-1 所示，热源井位于黑龙江省哈尔滨市00m、1000m 和 1200m 共 4 口不同深度的地热热源井作造位置是松辽盆地北部中央坳陷区，完钻层位是青二、比较厚，泥浆有足够的护壁能力，性能稳定，为安全快源井内安装套管式地埋管换热器为某办公建筑进行供暖2 万平方米，建筑负荷 600KW。热泵系统主要由两个环户侧水环路。

图 2-4 实验原理图图 2-4 中系统一为中深层地热源热泵运行实验系统图，从各个热源井地埋管流出的热水经集水器汇合后经过水源热泵机组换热为办公楼进行供暖，返回热源井内继续取热；系统二为热源井套管式地埋管换热器的实验原理图，在未接入热泵系统前，通过外置水箱进行热源井内外循环实验。其中对系统一热泵运行的实验测点布置如图 2-5 所示：

图 2-4 实验原理图-4 中系统一为中深层地热源热泵运行实验系统图，从各个热源井经集水器汇合后经过水源热泵机组换热为办公楼进行供暖，返热；系统二为热源井套管式地埋管换热器的实验原理图，在未接过外置水箱进行热源井内外循环实验。其中对系统一热泵运行的 2-5 所示：
【参考文献】

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本文编号：2851339