地源热泵高效换热系统热运移模型研究

发布时间：2023-08-10 19:38

　　近地表地层所赋存的低品位热能(浅层地温能),来自地核热量经地层热传导向地表的热扩散过程中;地温垂向热传导作用,既是浅层地温能来源、也是地源热泵系统维持长期、稳定运行的关键所在;针对现有经典理论忽略了垂向热传导作用这一理论缺陷,结合高效换热孔结构特点,考虑国内外换热孔设置的实际,主要研究换热孔作用下的岩土体传热理论模型及其求解问题;根据模型解,探求解的数理意义、证明解与现有经典理论模型解之间的关系;结合实例应用,演示模型解的应用方法与过程。主要研究工作与成果,概述如下:(1)在考虑地温垂向传热作用的前提下,对单个换热孔作用下的岩土体传热问题,建立一维稳态传热模型,给出模型解析解及其应用方法,为依据热响应试验进行孔间距设计等,提供简便、可行的计算方法;对新模型解,证明其与现有经典理论模型解之间的转化关系,给出经典理论模型(Hart和Couvillion模型)解的计算误差算式、明确经典解的适用条件。实例中,依据经典理论方法进行热响应试验,求算出岩土导热系数λs为1.4241W/(m·K);根据新方法理论,利用有2个地温观测孔的热响应试验,算得λs为1.03W/(m·K)、较经典方法小38%。...

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【学位级别】：博士

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致谢
摘要
abstract
第一章 前言
    1.1 课题来源及研究目的和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的和意义
    1.2 浅层地温能及其利用
    1.3 地源热泵技术及其应用
        1.3.1 国外研发与应用现状
        1.3.2 国内研发与应用现状
        1.3.3 存在问题及发展趋势
    1.4 热运移理论研究发展进程与现状
    1.5 本文主要研究内容
第二章 地源热泵技术及其应用研究现状
    2.1 基本概念
    2.2 地源热泵分类
    2.3 地下水源热泵应用现状与技术瓶颈
        2.3.1 应用与研究现状
        2.3.2 地下水源热泵系统的制约因素
        2.3.3 地下水源热泵主要制约因素
    2.4 地源热泵应用现状与技术瓶颈
        2.4.1 应用进程
        2.4.2 技术发展进程
        2.4.3 垂直埋管技术的应用现状与技术瓶颈
第三章 垂直换热器传热理论的研究
    3.1 基本理论
    3.2 经典传热模型及其应用现状
        3.2.1 线热源模型
        3.2.2 柱热源模型
        3.2.3 Eskilson模型
        3.2.4 有限长线源模型
    3.3 经典传热模型的理论缺陷
        3.3.1 地温能赋存、运移规律
        3.3.2 现有模型的理论缺陷
第四章 高效换热器传热模型研究
    4.1 垂向传热作用下的单孔稳态传热模型
        4.1.1 模型及其解
        4.1.2 与现行非稳定传热模型关系
        4.1.3 应用
    4.2 垂向传热作用下的线列孔非稳定传热模型
        4.2.1 模型及其解
        4.2.2 解的应用1—换热量计算
        4.2.3 解的应用2—岩土热物性参数计算
        4.2.4 解的应用3—时变垂向热传导作用下的非稳态传热问题
    4.3 换热孔温复杂变化条件下的非稳态传热模型
        4.3.1 数学模型
        4.3.2 理论解
        4.3.3 水温变化过程离散及模型解
第五章 工程应用与示范
    5.1 研究进程
    5.2 设计应用
        5.2.1 地质与水文地质条件
        5.2.2 热响应试验与数据分析
        5.2.3 典型工例运行分析
    5.3 代表性示范工程简介
    5.4 高效换热系统优缺点与推广应用前景
    5.5 总体结论
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 问题与展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3841101