渗流对地埋管换热器换热性能的影响研究

发布时间：2017-03-17 13:04

  本文关键词：渗流对地埋管换热器换热性能的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,能源与环境问题日益严重,节约能源并寻找新能源成为当今世界的迫切需要,我国“十三五”规划明确提出:提高能源开发利用效率,大力推进多种新能源快速平衡发展。土壤源热泵空调系统是新能源地源热泵系统的一种形式,因其良好的环保与节能效果脱颖而出,地埋管换热器作为土壤源热泵系统的地下换热部分,其换热效率与地下水渗流密切相关。因此,渗流对地埋管换热性能影响成为地源热泵技术研究的重点之一。本文在分析地埋管换热器传热过程和影响因素的基础上,搭建了砂箱实验台(0.5m×0.5m×1m),研究了无渗流条件下不同热负荷、有渗流条件下不同渗流速度的中砂温度场变化规律。结果表明,(1)无渗流时温度随着热负荷的增大而增加,温度变化量的比值约等于对应的热负荷的比值,比值分别为1.5、1.33、1.25、1.2。(2)有渗流时加热阶段随着渗流速度的增大,热源上游温度下降,下游温度升高,在下游区域有热堆积现象,热堆积区域向下游偏移,偏移距离随着渗流速度的增加而增大。基于COMSOL Multiphysics软件构建了热渗耦合传热模型,模拟了系统运行12h后有无渗流条件下砾砂、粗砂、细砂、粉砂的温度场,4种砂土的温度变化规律为:(1)无渗流时砾砂、粗砂、细砂、粉砂的热影响区域依次减小,温度场关于热源呈中心对称分布,温度梯度由内向外递减。(2)有渗流时当渗流速度由7.5×10-7m/s增加到7.5×10-6m/s,砾砂与粗砂的热影响区域从0.35m增加到0.65m;细砂与粉砂的热影响区域由0.37m增加到0.67m,温度场沿着渗流方向发生偏移,埋管上游热影响区域减小,埋管下游热影响区域增大。(3)随着渗流速度的增加,土壤温度场向下游偏移的距离增大,土壤的热扩散能力增强,渗流有助于地埋管换热器换热。(4)有无渗流条件下砾砂的换热能力最强,粉砂的换热能力最弱,实际工程中宜选择砾砂作为回填材料。
【关键词】：地埋管换热器 换热性能 渗流 实验台 数值模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-12
• 1.3 主要内容12-13
• 第二章 渗流对地埋管换热影响的实验研究13-38
• 2.1 实验目的13
• 2.2 实验装置13-19
• 2.2.1 砂箱装置14-15
• 2.2.2 加热装置15-16
• 2.2.3 数据采集装置16-17
• 2.2.4 温度和流速控制装置17-19
• 2.3 实验前期准备19-24
• 2.3.1 实验砂样分析19-22
• 2.3.2 渗流速度设计22
• 2.3.3 温度传感器分布设计22-23
• 2.3.4 砂箱装填23-24
• 2.4 实验结果分析24-37
• 2.4.1 无渗流中砂换热分析24-25
• 2.4.2 有渗流中砂换热分析25-33
• 2.4.3 有无渗流中砂换热的对比分析33-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 地埋管换热系统模型构建及验证38-50
• 3.1 多孔介质中流动与传热控制方程38-42
• 3.1.1 连续方程38-39
• 3.1.2 运动方程39-40
• 3.1.3 能量方程40-42
• 3.2 地埋管换热物理模型42-44
• 3.2.1 传热模型构建42
• 3.2.2 边界条件与初始条件确定42-43
• 3.2.3 模型网格剖分43-44
• 3.3 模型验证44-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 渗流对地埋管换热影响的模拟研究50-60
• 4.1 模拟砂土基础参数50
• 4.2 无渗流换热模拟分析50-52
• 4.3 有渗流换热模拟分析52-58
• 4.3.1 不同渗流速度对换热影响分析52-58
• 4.3.2 不同砂土对换热影响分析58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间发表的学术论文目录67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张有天;介绍联邦德国几个埋管工程的设计与计算[J];水力发电;1986年10期

2 李新国,陈志豪,赵军,李丽新,马一太;桩埋管与井埋管实验与数值模拟[J];天津大学学报;2005年08期

3 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于渗流型传热机制的地埋管换热特性研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年S2期

4 祝健;廖国庆;;基于有限元法的垂直地埋管换热器传热研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2009年12期

5 林芸;赵强;方肇洪;;水平螺旋地埋管地源热泵的研究[J];暖通空调;2010年04期

6 石磊;高鹏;耿宴;张兆清;刘玉旺;;济宁某桩埋管项目工程分析[J];制冷与空调;2010年03期

7 陈胜朋;沈意成;陈振乾;张辉;;基于耦合法的地埋管换热器设计软件的研发[J];暖通空调;2011年03期

8 陈杰;宋汉周;霍吉祥;;渗流影响下地埋管铺设方式的改进及其数值分析[J];勘察科学技术;2011年05期

9 冉伟彦;;地埋管换热孔传热系数及设计应用[J];供热制冷;2012年01期

10 俞介刚;水电站高压埋管设计的几个问题及其改进措施[J];水利学报;1985年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙亭;刁乃仁;肖洪海;罗苏瑜;;水平地埋管换热器的传热性能研究[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年

2 杜次元;陈友明;;竖直埋管有限长线热源的改进模型[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集[C];2010年

3 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于导热型传热机制的地埋管换热特性研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

4 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于岩土体蓄能平衡的垂直地埋管换热器设计方法[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

5 於仲义;陈焰华;胡平放;徐玉党;袁旭东;;基于换热能效度的竖直地埋管埋设深度设计[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

6 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于渗流型传热机制的地埋管换热特性研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

7 於仲义;陈焰华;胡平放;;分层型土壤地埋管换热特性研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

8 於仲义;胡平放;胡磊;袁旭东;;垂直U型地埋管换热器传热能效特性实验研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

9 沈炜华;程洪涛;郭彬;贾彩英;陈九法;;桩埋管换热器的传热性能研究[A];制冷空调新技术进展——第四届全国制冷空调新技术研讨会论文集[C];2006年

10 姚杨;张欢;马最良;;土壤蓄冷与耦合热泵集成系统地埋管结构优化[A];全国暖通空调制冷2006年学术年会文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 记者 段金平　通讯员 毕文明;国内首台车载浅层地温能响应试验台交付使用[N];地质勘查导报;2009年

2 记者 段金平　通讯员 毕文明;国内首台商业浅层地温能响应试验台问世[N];中国国土资源报;2009年

3 王丽艳　周兆顺 耿大海;“绿色低碳车站”下月建成[N];青岛日报;2010年

4 刘其丕 李晓飞;矿产地质研究院埋管式地源热泵空调技术获专利[N];中国有色金属报;2005年

5 光山县中等专业学校 张传忠;菌墙式埋管平菇栽培法[N];河南科技报;2005年

6 董学成;农民兄弟灌溉出行两方便[N];中国交通报;2006年

7 张峰;国内首个地源热泵系统实验基地落户北京[N];中华建筑报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈金华;竖直双U地埋管换热器分层换热模型研究[D];重庆大学;2015年

2 邓鼎兴;地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价[D];中国地质大学;2015年

3 杜震宇;黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究[D];太原理工大学;2014年

4 於仲义;土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究[D];华中科技大学;2008年

5 徐坚;地源热泵U型埋管换热器的变周期模型研究[D];浙江大学;2010年

6 杨伟;U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究[D];湖南大学;2010年

7 刘卓栋;地源热泵地埋管随机传热与可靠性理论研究[D];武汉理工大学;2010年

8 雷海燕;地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究[D];天津大学;2011年

9 白天;严寒地区土壤源热泵系统地埋管运行特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 范蕊;土壤蓄冷与热泵集成系统地埋管热渗耦合理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张凯;减缓地下冷/热量累积效应的集群地埋管分区运行方法研究[D];山东建筑大学;2015年

2 马腾腾;集群竖埋管地热换热器传热简化分析方法研究[D];山东建筑大学;2015年

3 祁英;地埋管直接供冷系统供冷特性研究[D];山东建筑大学;2015年

4 冯俊杰;基于水热式融雪技术桥面铺装温度场及力学研究[D];长安大学;2015年

5 张海云;基于土壤热平衡的地源热泵系统分析[D];南京师范大学;2015年

6 汪仲亮;地源热泵地埋管研究及其经济性分析[D];南京师范大学;2015年

7 刘超;U型地埋管换热器换热性能模拟及试验研究[D];西南科技大学;2015年

8 侯儒林;不同埋管形式的地理管换热试验及数值模拟研究[D];南京大学;2015年

9 陈庆亚;埋管抽采条件下采空区“三带”分布规律研究[D];华北理工大学;2015年

10 孙中慧;太阳能跨季节储热地埋管换热器数值模型适用性研究[D];河北工业大学;2015年

  本文关键词：渗流对地埋管换热器换热性能的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：252912