含水沙土埋管系统蓄放热能力研究

发布时间：2021-02-12 04:26

　　本文对寒冷沿海地区太阳能-土壤源热泵系统中的热源部分进行研究,热源形式为浅层含水沙土层内埋管。文中分别采用实验和数值模拟两种方法,研究含水土壤相变蓄放热特性。具体内容如下:首先,对含水沙土埋管换热系统进行实验研究。开展了不同含水率、相变与非相变及不同系统流量下的沙土蓄放热实验。实验结果表明:随着沙土含水率的增加,沙土层内埋管的单位管长换热量增大,换热效果较好;沙土内流体相变使得蓄放热时间增长,换热量增加;对比两种流量工况,600L/h流量工况下蓄放热效果最好。其次,建立三维非稳态含水沙土埋管数值模型,将含水沙土视为多孔介质,并考虑沙土层内流体相变。对比相同工况下的实验和数值模拟结果,验证数值模型的正确性。基于经验证的数值模型,对饱和含水沙土埋管换热性能及沙土温度场分布进行研究,分析发现在饱和含水沙土条件下,埋管的单位管长换热量增加,土壤蓄放热能力增强。此外还进一步对不同流速下饱和含水沙土埋管的换热进行了模拟,得出最佳流速,同时模拟了考虑埋深的饱和沙土换热,供实际工程参考选取。最后,对采用含水沙土埋管换热系统的太阳能-土壤源热泵实际工程进行设计。利用本文建立的含水沙土埋管换热数值模型进行... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 太阳能-土壤源热泵研究现状
        1.2.2 土壤热物性影响埋管传热的研究现状
        1.2.3 土壤冻结影响埋管传热的研究现状
    1.3 本文主要研究内容和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
第2章 含水沙土埋管换热特性分析
    2.1 含水沙土传热模型
        2.1.1 含水沙土物性参数
        2.1.2 含水沙土传热过程的数学描述
    2.2 相变理论传热模型
    2.3 埋管换热器模型
        2.3.1 埋管换热器传热过程
        2.3.2 埋管换热器的传热模型
        2.3.3 数学模型的建立
        2.3.4 模型的数值求解
    2.4 本章小结
第3章 含水沙土埋管系统蓄放热实验研究
    3.1 实验概述
    3.2 实验系统组成
        3.2.1 太阳能集热器
        3.2.2 热泵机组
        3.2.3 埋管换热系统
        3.2.4 循环介质
        3.2.5 实验测试仪器及测点的布置
    3.3 实验系统换热工况
    3.4 实验结果与数据分析
        3.4.1 沙土含水与非含水工况对比
        3.4.2 含水沙土内流体相变与非相变对比
        3.4.3 埋管换热器内流体不同流量对比
    3.5 实验结果计算和对比分析
    3.6 本章小结
第4章 含水沙土埋管系统蓄放热数值模拟
    4.1 CFD数值模拟
    4.2 ANSYS FLUENT求解设置
        4.2.1 定义材料属性
        4.2.2 边界条件
        4.2.3 求解器设置
    4.3 数值模拟与实验验证
        4.3.1 蓄热结束后沙土温度变化情况
        4.3.2 放热结束后沙土温度变化情况
        4.3.3 实验对比结果
    4.4 实际饱和含水沙土蓄放热模拟
        4.4.1 实际条件的设定
        4.4.2 饱和含水沙土蓄放热模拟结果
    4.5 不同流速对饱和含水沙土换热的影响
    4.6 实际埋深工况含水沙土蓄放热模拟
    4.7 连续运行工况含水沙土蓄放热模拟
    4.8 本章小结
第5章 太阳能-含水沙土埋管热泵系统应用实例
    5.1 建筑概况
    5.2 系统设计计算
        5.2.1 室内外设计参数
        5.2.2 系统方案
        5.2.3 负荷计算
        5.2.4 主要设备选型
        5.2.5 埋管换热器设计计算
        5.2.6 太阳能集热器的选择及布置
        5.2.7 循环系统
    5.3 系统运行控制
    5.4 系统模拟运行结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3030257