地下水源热泵THM耦合模拟及工程应用

发布时间：2020-05-07 07:53

【摘要】：为了推动绿色建筑的发展,改善现有的供热结构,科学家们提出许多可供选择的空调供热方式,如太阳能供热、燃气供热、余热供热、地源热泵供热等。其中,地源热泵技术因其节能、环保、应用效率高、占用地下空间较少等优势,获得政府的大力支持与推广,但该技术在中国发展时间较短,关于含水层中渗流场、温度场、应力场在热泵系统影响下的变化规律研究仍不足,不合理的设计所引起的环境问题也逐渐显现。论文在论述地源热泵系统国内外研究成果的基础上,详细分析了地源热泵系统影响下的地下含水层渗流场、温度场、应力场三场的耦合机理,并且建立了地下含水层热-固-流耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对武汉百步亭新港苑小区的地源热泵系统建立了物理模型,模拟不同回灌量对温度场及应力场的影响,并对该小区热泵系统抽灌设计提出建议,通过对比模拟数据与现场监测数据,验证了该模型的真实性。模拟的主要结论有:1)含水层岩土体温度的变化范围受回灌水的影响随系统运行时间增长而变大。同时温度影响半径也受到地下水流运动的影响,高温区域呈以抽水井为顶点的水平放置“水滴状”,回灌量越大,热突破会越早发生;2)抽灌过程会引起含水层水压力发生重分布,抽水井周的孔隙水压力减小,回灌井周的地下水压力增大。抽灌井周的水压力值还受回灌量的影响,当抽灌量一定,随着回灌量的增加,靠近井处的水压力受到扰动比较大,远离井处的区域基本不受影响;当抽灌量相同时,抽灌井周的水压力呈“对称”分布;3)在不同回灌率作用下,同一深度抽水井侧的地层沉降要大于回灌井侧的地层变形,且在地下水渗流方向上,回灌井左侧的变形最小,抽水井右侧的变形最大;随着地层深度的增加,抽灌水引起的地层变形越来越小。回灌率越高,系统抽水对地层的影响越小。因此,建议在条件允许范围内,尽可能提高回灌率,减少地层沉降;4)对比不同工况下地温变化的模拟数据和现场监测数据后,发现两者的最大相对误差均在允许值范围内,说明所建立的物理模型与实际测量值吻合较好,可以用来指导工程实践。图:37 表:4 参:73
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安徽理工大学硕士学位论文的研究内容及技术路线逡逑内容逡逑先简单论述了地源热泵系统，并总结其国内外研宄成果；其热泵系统影响下的地下含水层渗流场、温度场、应力场三场了适用于在热泵机组运行影响下的地下含水层热－固－流耦合ＣＯＭＳＯＬ邋Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场仿真软件对武汉百步亭新泵系统建立了物理模型，模拟不同回灌量对含水层温度场该小区热泵系统抽灌设计提出建议，通过对比模拟数据与该模型的真实性。逡逑路线逡逑查阅文献，学习逡逑

逦邋井逡逑图２．１地下水源热泵系统夏季制冷原理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｇｒｏｕｎｄ邋ｓｏｕｒｃｅ邋ｈｅａｔ邋ｐｕｍｐ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｓｕｍｍｅｒ邋ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑热栗植逡逑１邋逦邋kx器邋逦１丨逡逑ｐ邋ｃｊ邋ｏ逡逑［＿邋＿邋逦逦逦逡逑廔水趟设备逡逑ｍ邋ｊ逡逑７７７／７７］逦７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７７逡逑ｍｍ逡逑—逡逑ｍｍｍ逡逑抽▲逦%蓟劐义纤�逦导水层逦灌逡逑井邋逦ｉ井逡逑Ｉ逡逑图２．２地下水源热泵系统冬季供暖原理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｇｒｏｕｎｄ邋ｓｏｕｒｃｅ邋ｈｅａｔ邋ｐｕｍｐ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｗｉｎｔｅｒ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑夏季工况下，蒸发器将地下水中的冷量转移至末端用户室内，冷凝器则将室逡逑内热量交换给地下水，地下水回灌可以把热量储藏到地下含水层中以备冬用，达逡逑到制冷效果；冬季工况下，，蒸发器提取地下水中的热量后，再由冷凝器与末端用逡逑户室内空气热交换释放热量，达到采暖效果，实现了不可直接利用的低品位能向逡逑可利用高品位能的转化。逡逑回灌的地下水与含水层水温存在温度差，回灌后的地下水在渗流过程中会与逡逑岩土体进行热交换，在热泵系统休整期间温度基本可恢复至初始值，满足再次使逡逑用的条件。逡逑－８－逡�

本文编号：2652668