并联U型埋管能量桩传热分析

发布时间：2017-12-21 20:03

  本文关键词：并联U型埋管能量桩传热分析　出处：《山东建筑大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：在国家大力倡导使用新能源的政策下,节能环保的地源热泵技术越来越广泛地应用到现如今的节能建筑中。同时,地热能是一种洁净的可再生能源,在当今资源能源日益紧缺的情况下,这也推动着地源热泵技术的不断突破发展。在这个背景下,桩基埋管地热换热器的研究与发展得到了国内外众多学者的关注。桩基埋管换热器也称作能量桩,它可以充分利用建筑物的地下面积,减少埋管的占地空间与钻孔费用,这些优点大大提高了能量桩在实际工程中的推广应用。能量桩埋管形式主要有：U型埋管,W型埋管,以及螺旋埋管等几种常用形式。其中多组并联U型埋管具有施工简单,换热面积大效率高等优点已在工程中得到一定的应用。但由于多组并联U型埋管在桩内及土壤内传热机理的复杂性,目前国内外学者并未给出较为全面而准确的解析模型。现有的传热模型中多考虑的是三根以内的U型管的构置形式,且均在桩土热物性相同的假设条件下进行传热分析,这在一定程度上限制了并联U型管能量桩的进一步的研究和应用。鉴于上述原因,本文主要针对并联U型埋管能量桩的传热过程进行研究,建立的传热模型将为并联U型埋管能量桩换热器的工程设计计算提供可靠的计算方法及理论指导。本文首先在桩土热物性相同的假定条件下,建立了桩基U型埋管换热器的非稳态传热模型。其次,在单个U型埋管传热模型的基础上,进一步提出了在桩土热物性参数不同的条件下内置多组并联U型埋管能量桩的传热模型,并利用拉普拉斯变换法与线性叠加原理求得了多组并联U型埋管换热器的桩土温度场的解析解。针对多组并联U型埋管的物理模型,建立了非稳态传热过程的数值模型,并利用数值模拟结果对解析解进行了验证。通过与数值模拟的计算结果对比,解析解比数值模拟结果偏大,本论文也研究分析了结果产生差异的几种可能原因。总体上看,本文提出的解析模型具有一定的准确性与可靠性,可以用于指导工程设计。本文还对桩土热物性相同与不同的两种假设条件下桩土温度场变化进行了对比。结果表明：尽管桩身材料的热扩散系数没变,但因为其热容量的增加使其储热能力增强,桩土热物性不同时得到的循环液温升(或温降)要比相同情况下低。这说明桩身材料的导热性能要优于周围土壤,在实际工程设计中采用不同的热物性参数可以得到更为准确的结果。并联U型埋管能量桩的传热模型和解析解的得出与很多因素有关,既要考虑土壤换热特性,又与桩基自身换热特性有关,因此,综合考虑各种因素和引入部分假定条件是确保解析解准确的关键之一。本研究仅对并联U型埋管能量桩传热过程进行了一定的理论基础研究,通过本研究可以为并联U型埋管能量桩的设计和工程应用奠定了一定的理论基础。后期还需对并联U型埋管能量桩的实验测试与工程应用进行深入的研究。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83

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