土壤孔隙率对竖直埋管换热器换热影响的研究
发布时间：2022-08-11 19:03
地源热泵是在能源危机、环境污染、生态破坏背景下应势而生的一种浅层地热能的应用形式,它具有节能、环保的特性,是我国“十三五规划”中重点支持、发展的可再生能源应用形式之一。通过对国内外地源热泵研究的现状的查阅,竖直埋管形式的地源热泵系统实际应用比较广泛,竖直埋管换热器与土壤导热是地源热泵系统研究的重点及难点。土壤是典型的多孔介质,其传热传质是一个比较复杂的过程,而实际工程中土壤的一些物性参数又难以得到,土壤物性参数对竖直埋管换热器的换热会有一定的影响,因此限制了竖直埋换热器与土壤换热的深入研究。本文首先通过设计并搭建实验台,筛选三种不同粒径的土壤及改变土壤含水率的方法改变土壤孔隙率,来研究改变土壤粒径及改变土壤含水率而改变的土壤孔隙率对竖直埋管换热器换热的影响;然后以实验台参数建立物理模型,以试验测得的土壤参数为边界条件,用Fluent软件对实验进行模拟对比,建立数值模拟模型;最后以建立的模型为基础,进行不同土壤孔隙率对竖直埋管换热器换热影响的模拟研究。实验结果表明:（1）将土壤粒径从小到大编号,土壤粒径介于0.25~0.5 mm之间为土壤1、土壤粒径介于0.25~0.5 mm之间为土壤2...
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 土壤源热泵简介
1.2.1 系统组成及工作原理
1.2.2 地源热泵的优势
1.3 竖直埋管与土壤换热国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 土壤孔隙率对竖直埋管换热影响研究的必要性
1.5 本文的研究内容
1.5.1 问题的提出
1.5.2 本文主要研究内容
2 竖直埋管换热器与土壤换热理论基础
2.1 竖直埋管换热器与土壤的传热过程
2.2 土壤的基本特性参数
2.3 竖直埋管换热器的传热模型
2.3.1 线热源理论
2.3.2 柱热源理论
2.3.3 竖直埋管换热器管内流动模型
2.4 本章小结
3 实验台的设计搭建及调试
3.1 实验台的搭建
3.2 实验系统组成部分
3.2.1 能量供给系统
3.2.2 储热系统
3.2.3 渗水系统
3.2.4 数据测量及采集系统
3.3 温湿度传感器的布置
3.4 实验设备的标定
3.4.1 温度传感器标定
3.4.2 湿度传感器标定
3.4.3 实验系统的调试运行
3.5 本章小结
4 不同土壤孔隙率下竖直埋管换热的实验研究
4.1 实验步骤
4.2 实验过程
4.2.1 土壤初温测试
4.2.2 土壤孔隙率测试
4.2.3 土壤平均导热系数
4.2.4 土壤换热量
4.3 实验结果及分析
4.3.1 改变土壤粒径而改变的土壤孔隙率实验分析
4.3.2 改变土壤含水率而改变的土壤孔隙率实验分析
4.4 本章小结
5 不同土壤孔隙率下竖直埋管换热的模拟研究
5.1 竖直埋管换热器传热过程简化
5.2 几何模型的建立
5.3 网格划分
5.4 边界条件的设定
5.5 竖直埋管换热器的数学模型
5.5.1 连续方程
5.5.2 动量方程
5.5.3 能量方程
5.6 模拟及分析
5.6.1 模拟与实验对比
5.6.2 土壤孔隙率对竖直埋管换热器换热影响的模拟
5.7 本章小结
结论与展望
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析采暖空调领域地源热泵技术及应用优势[J]. 李银瓶. 民营科技. 2018(07)
[2]2017年能源行业形势分析与2018年展望[J]. 尹伟华,杨振宁. 中国物价. 2018(02)
[3]能源结构调整中政府、新能源产业和传统能源产业的演化博弈分析[J]. 赵昕,朱连磊,丁黎黎. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2018(01)
[4]全球气候能源格局变迁下中国清洁能源外交的新态势[J]. 李昕蕾. 太平洋学报. 2017(12)
[5]2016年世界能源供需情况分析与未来展望——基于《BP世界能源统计年鉴》与《BP世界能源展望》[J]. 代晓东,王余宝,毕晓光,路用瑞,梁继航,郭文玉. 天然气与石油. 2017(06)
[6]岩土热物性参数测试方法及传热模型研究进展[J]. 吴迪,于明志,蔡正燕,让红梅. 煤气与热力. 2017(01)
[7]多目标约束下中国能源结构调整方向[J]. 柴建,周友洪,邢丽敏,兰鹏,汪寿阳. 系统工程. 2016(09)
[8]地源热泵土壤热物性测试实验研究[J]. 韩斯东,金光,毕文明. 工业安全与环保. 2015(08)
[9]地源热泵技术研究现状与发展趋势[J]. 徐伟,刘志坚. 建设科技. 2013(20)
[10]天津地区双U型地源热泵地埋管换热器性能模拟研究[J]. 朱祖文,蒋云云,何一坚. 流体机械. 2013(06)
博士论文
[1]地源热泵地埋管换热机理及其热物性参数估算方法研究[D]. 张林锋.湖南大学 2016
[2]渗流作用下的垂直地埋管换热器传热性能理论及实验研究[D]. 张琳琳.西安建筑科技大学 2016
[3]U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究[D]. 杨伟.湖南大学 2010
硕士论文
[1]竖直U型地埋管传热性能影响因素分析与应用[D]. 胡双双.安徽理工大学 2018
[2]渗流条件下竖直U型埋管传热过程的实验研究[D]. 李璐.太原理工大学 2017
[3]基于土壤源热泵系统运行的含湿岩土传热特性实验研究[D]. 袁琛.大连理工大学 2017
[4]合肥地区地埋管换热器周围土壤温度场试验分析与模拟[D]. 胡正玲.安徽建筑大学 2017
[5]基于小型实验装置的地源热泵岩土热物性研究[D]. 孙心明.华中科技大学 2015
[6]土壤源热泵竖直地埋管若干传热问题研究[D]. 鲁芬豹.武汉科技大学 2016
[7]土壤热湿迁移条件下地下埋管换热特性的模拟与实验研究[D]. 蔺新星.北京建筑大学 2014
[8]不同地质结构对地埋管换热器的影响研究[D]. 徐美智.重庆大学 2014
[9]基于相似原理的地源热泵地埋管实验装置研究[D]. 姚翔宇.华中科技大学 2012
[10]热渗耦合作用下地埋管传热的模拟与实验研究[D]. 毛炳文.南京师范大学 2012
本文编号：3675213
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 土壤源热泵简介
1.2.1 系统组成及工作原理
1.2.2 地源热泵的优势
1.3 竖直埋管与土壤换热国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 土壤孔隙率对竖直埋管换热影响研究的必要性
1.5 本文的研究内容
1.5.1 问题的提出
1.5.2 本文主要研究内容
2 竖直埋管换热器与土壤换热理论基础
2.1 竖直埋管换热器与土壤的传热过程
2.2 土壤的基本特性参数
2.3 竖直埋管换热器的传热模型
2.3.1 线热源理论
2.3.2 柱热源理论
2.3.3 竖直埋管换热器管内流动模型
2.4 本章小结
3 实验台的设计搭建及调试
3.1 实验台的搭建
3.2 实验系统组成部分
3.2.1 能量供给系统
3.2.2 储热系统
3.2.3 渗水系统
3.2.4 数据测量及采集系统
3.3 温湿度传感器的布置
3.4 实验设备的标定
3.4.1 温度传感器标定
3.4.2 湿度传感器标定
3.4.3 实验系统的调试运行
3.5 本章小结
4 不同土壤孔隙率下竖直埋管换热的实验研究
4.1 实验步骤
4.2 实验过程
4.2.1 土壤初温测试
4.2.2 土壤孔隙率测试
4.2.3 土壤平均导热系数
4.2.4 土壤换热量
4.3 实验结果及分析
4.3.1 改变土壤粒径而改变的土壤孔隙率实验分析
4.3.2 改变土壤含水率而改变的土壤孔隙率实验分析
4.4 本章小结
5 不同土壤孔隙率下竖直埋管换热的模拟研究
5.1 竖直埋管换热器传热过程简化
5.2 几何模型的建立
5.3 网格划分
5.4 边界条件的设定
5.5 竖直埋管换热器的数学模型
5.5.1 连续方程
5.5.2 动量方程
5.5.3 能量方程
5.6 模拟及分析
5.6.1 模拟与实验对比
5.6.2 土壤孔隙率对竖直埋管换热器换热影响的模拟
5.7 本章小结
结论与展望
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析采暖空调领域地源热泵技术及应用优势[J]. 李银瓶. 民营科技. 2018(07)
[2]2017年能源行业形势分析与2018年展望[J]. 尹伟华,杨振宁. 中国物价. 2018(02)
[3]能源结构调整中政府、新能源产业和传统能源产业的演化博弈分析[J]. 赵昕,朱连磊,丁黎黎. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2018(01)
[4]全球气候能源格局变迁下中国清洁能源外交的新态势[J]. 李昕蕾. 太平洋学报. 2017(12)
[5]2016年世界能源供需情况分析与未来展望——基于《BP世界能源统计年鉴》与《BP世界能源展望》[J]. 代晓东,王余宝,毕晓光,路用瑞,梁继航,郭文玉. 天然气与石油. 2017(06)
[6]岩土热物性参数测试方法及传热模型研究进展[J]. 吴迪,于明志,蔡正燕,让红梅. 煤气与热力. 2017(01)
[7]多目标约束下中国能源结构调整方向[J]. 柴建,周友洪,邢丽敏,兰鹏,汪寿阳. 系统工程. 2016(09)
[8]地源热泵土壤热物性测试实验研究[J]. 韩斯东,金光,毕文明. 工业安全与环保. 2015(08)
[9]地源热泵技术研究现状与发展趋势[J]. 徐伟,刘志坚. 建设科技. 2013(20)
[10]天津地区双U型地源热泵地埋管换热器性能模拟研究[J]. 朱祖文,蒋云云,何一坚. 流体机械. 2013(06)
博士论文
[1]地源热泵地埋管换热机理及其热物性参数估算方法研究[D]. 张林锋.湖南大学 2016
[2]渗流作用下的垂直地埋管换热器传热性能理论及实验研究[D]. 张琳琳.西安建筑科技大学 2016
[3]U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究[D]. 杨伟.湖南大学 2010
硕士论文
[1]竖直U型地埋管传热性能影响因素分析与应用[D]. 胡双双.安徽理工大学 2018
[2]渗流条件下竖直U型埋管传热过程的实验研究[D]. 李璐.太原理工大学 2017
[3]基于土壤源热泵系统运行的含湿岩土传热特性实验研究[D]. 袁琛.大连理工大学 2017
[4]合肥地区地埋管换热器周围土壤温度场试验分析与模拟[D]. 胡正玲.安徽建筑大学 2017
[5]基于小型实验装置的地源热泵岩土热物性研究[D]. 孙心明.华中科技大学 2015
[6]土壤源热泵竖直地埋管若干传热问题研究[D]. 鲁芬豹.武汉科技大学 2016
[7]土壤热湿迁移条件下地下埋管换热特性的模拟与实验研究[D]. 蔺新星.北京建筑大学 2014
[8]不同地质结构对地埋管换热器的影响研究[D]. 徐美智.重庆大学 2014
[9]基于相似原理的地源热泵地埋管实验装置研究[D]. 姚翔宇.华中科技大学 2012
[10]热渗耦合作用下地埋管传热的模拟与实验研究[D]. 毛炳文.南京师范大学 2012
本文编号：3675213
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