中深层地埋管换热器的取热性能研究
发布时间：2022-01-10 19:02
伴随着科学技术发展日益猛进,人们对能源的要求越来越高,不仅仅满足于温饱,更追求节能环保。因此,就目前而言,新能源的开发利用越来越重要,而地热能作为清洁、环保、无污染的新型能源已经逐步进入人们的视野。在严寒地区,将中深层地热能进行注采,实现对建筑物的冬季供暖已经得到了广泛的关注。为了更加合理高效的注采中深层地热能,本研究对影响中深层地埋管换热器取热的因素进行了深入地模拟计算分析。主要进行的研究工作有:1、对套管式和U型管式中深层地埋管换热器分别进行传热分析和传热建模,利用有限差分法对建立的模型进行高效的网格划分。在进行模型计算的过程中,利用追赶法,此方法不仅仅节省了大量的计算时间,同时也提高了计算精度。2、对影响套管式中深层地埋管换热器取热性能的因素进行了模拟计算以及深入的分析。研究结果表明:浅层回填材料的导热系数越小越好,深层回填材料的导热系数越大越好;当取热负荷为150KW,系统运行20年时,温度波的影响范围为67.5m。因此,在进行套管式中深层地埋管换热器的设计时,应充分考虑当地的地质条件、取热负荷以及系统运行时间这些因素。3、对影响U型管式中深层地埋管换热器取热性能的因素进行了模...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
套管式中深层地埋管换热器设计模型
山东建筑大学硕士学位论文-8-2.4模型假设根据上述建立的传热模型，本研究对此做出以下的模拟假设[34]：（1）套管式中深层地埋管换热器周围土层的热物理性质不随温度的改变而改变；（2）不受地下水流动的影响；（3）大地热流和循环水流量保持恒定。2.5套管式中深层地埋管换热器传热方程本研究利用有限差分的方法对上述已建立的套管式中深层地埋管换热器的设计传热模型进行网格的高效划分。在此划分过程中，以套管换热器的中心轴线为纵坐标，径向方向为横坐标，由于径向方向最远边界节点处土层不受套管式换热器温度波的干扰，因此，在径向方向节点最大处设为等温边界条件。在钻孔底部，忽略渗流的作用，同时将其也设定为等温边界条件。在轴向方向开始处，即土层与大气的接触处，由于土层表面与大气产生对流，因此将其设为对流边界条件。具体网格划分情况如图2.2所示。图2.2套管式换热器周围高效网格划分结果依据傅立叶定律推导套管式换热器周围传热方程为：①岩土中的导热方程为：2211ztrtrrrtas（2.1）式中sa——土层的导温系数，m2/s
山东建筑大学硕士学位论文-11-mH——第m层岩土底部的坐标，br——划分网格初始半径，mbndr——划分网格的边界半径。⑤设定的边界条件为：在径向方向r=rbnd上，设为第一类边界条件，为：)()(),(1111mmgjjmjjgagabndHzkqHHkqhqtrt（2.8）bndrrmmHzH10式中mk——第m层土层的岩土热导率，W/（m·K）在地表的边界上，设为第三类边界条件，为：)(aatthztk（2.9）z0,0bndbrrr2.6套管式中深层地埋管换热器求解方法依据上述传热方程以及边界条件，在导热过程中，边界节点的划分如图2.3所示。图2.3边界节点网格划分
【参考文献】：
期刊论文
[1]中深层地埋管换热器最佳钻孔间距的模拟研究[J]. 杜甜甜,满意,姜国心,李硕,张新雨. 煤气与热力. 2019(11)
[2]深层地源热泵系统实验研究及管井结构优化[J]. 刘俊,蔡皖龙,王沣浩,王志华,韩二帅. 工程热物理学报. 2019(09)
[3]同轴套管式深埋管换热器换热性能研究[J]. 王硕,黄可钦,王胜蓝,官燕玲. 制冷与空调. 2019(04)
[4]河北省浅层地热能资源潜力评价[J]. 朱喜,张庆莲,王贵玲,王君珂. 能源与环保. 2018(10)
[5]中深层套管式地埋管换热器性能的参数分析[J]. 王德敬,胡松涛,高志友,方亮,邵珠坤,刁乃仁. 区域供热. 2018(03)
[6]我国地热能开发利用情况及发展趋势分析[J]. 胡甲国,郭新锋. 太阳能. 2018(05)
[7]我国中深层地热能供暖现状及问题研究分析[J]. 张家云. 科技创新导报. 2017(36)
[8]分层岩土体综合导热系数的加权平均估算方法[J]. 刘桂仪,李思奇,邵琦,赵军,程珊珊,李扬. 可再生能源. 2017(12)
[9]中国省会城市浅层地热能开发利用条件及潜力评价[J]. 王婉丽,王贵玲,朱喜,刘志明. 中国地质. 2017(06)
[10]地热资源热能发展及提取技术现状[J]. 苏逊卿. 石化技术. 2017(09)
博士论文
[1]地源热泵系统中深层地埋管换热器的传热分析及其应用[D]. 方亮.山东建筑大学 2018
[2]基于温度场均匀原则的蓄热式地埋管换热器传热分析与优化[D]. 郭敏.山东建筑大学 2017
[3]地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究[D]. 魏唐棣.重庆大学 2001
硕士论文
[1]寒冷地区双U型地埋管换热器土壤层温度场数值模拟研究[D]. 贾俊崇.河北建筑工程学院 2019
[2]中深层套管式地埋管换热器与地源侧水系统能效研究[D]. 张兵兵.山东建筑大学 2019
[3]无干扰地岩热能梯级利用系统的优化[D]. 吕沛志.西安石油大学 2019
[4]中深层地热用井下同轴换热器取热特性研究[D]. 王子勇.河北工程大学 2019
[5]中深层地热取热系统及传热模型研究[D]. 赵阳.河北工程大学 2019
[6]中深层地热源热泵套管式地埋管换热器传热特性研究[D]. 李鹏程.哈尔滨工业大学 2018
[7]深孔套管式地埋管换热器传热数值分析及其应用[D]. 邵珠坤.山东建筑大学 2018
[8]严寒地区套管式地埋管换热器传热特性研究[D]. 姜思航.哈尔滨工业大学 2017
[9]同轴深井套管式地埋管换热器岩土热物性实验分析研究[D]. 谢宗标.安徽建筑大学 2017
[10]中深层地热能梯级利用系统优化研究[D]. 丁永昌.山东建筑大学 2016
本文编号：3581250
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
套管式中深层地埋管换热器设计模型
山东建筑大学硕士学位论文-8-2.4模型假设根据上述建立的传热模型，本研究对此做出以下的模拟假设[34]：（1）套管式中深层地埋管换热器周围土层的热物理性质不随温度的改变而改变；（2）不受地下水流动的影响；（3）大地热流和循环水流量保持恒定。2.5套管式中深层地埋管换热器传热方程本研究利用有限差分的方法对上述已建立的套管式中深层地埋管换热器的设计传热模型进行网格的高效划分。在此划分过程中，以套管换热器的中心轴线为纵坐标，径向方向为横坐标，由于径向方向最远边界节点处土层不受套管式换热器温度波的干扰，因此，在径向方向节点最大处设为等温边界条件。在钻孔底部，忽略渗流的作用，同时将其也设定为等温边界条件。在轴向方向开始处，即土层与大气的接触处，由于土层表面与大气产生对流，因此将其设为对流边界条件。具体网格划分情况如图2.2所示。图2.2套管式换热器周围高效网格划分结果依据傅立叶定律推导套管式换热器周围传热方程为：①岩土中的导热方程为：2211ztrtrrrtas（2.1）式中sa——土层的导温系数，m2/s
山东建筑大学硕士学位论文-11-mH——第m层岩土底部的坐标，br——划分网格初始半径，mbndr——划分网格的边界半径。⑤设定的边界条件为：在径向方向r=rbnd上，设为第一类边界条件，为：)()(),(1111mmgjjmjjgagabndHzkqHHkqhqtrt（2.8）bndrrmmHzH10式中mk——第m层土层的岩土热导率，W/（m·K）在地表的边界上，设为第三类边界条件，为：)(aatthztk（2.9）z0,0bndbrrr2.6套管式中深层地埋管换热器求解方法依据上述传热方程以及边界条件，在导热过程中，边界节点的划分如图2.3所示。图2.3边界节点网格划分
【参考文献】：
期刊论文
[1]中深层地埋管换热器最佳钻孔间距的模拟研究[J]. 杜甜甜,满意,姜国心,李硕,张新雨. 煤气与热力. 2019(11)
[2]深层地源热泵系统实验研究及管井结构优化[J]. 刘俊,蔡皖龙,王沣浩,王志华,韩二帅. 工程热物理学报. 2019(09)
[3]同轴套管式深埋管换热器换热性能研究[J]. 王硕,黄可钦,王胜蓝,官燕玲. 制冷与空调. 2019(04)
[4]河北省浅层地热能资源潜力评价[J]. 朱喜,张庆莲,王贵玲,王君珂. 能源与环保. 2018(10)
[5]中深层套管式地埋管换热器性能的参数分析[J]. 王德敬,胡松涛,高志友,方亮,邵珠坤,刁乃仁. 区域供热. 2018(03)
[6]我国地热能开发利用情况及发展趋势分析[J]. 胡甲国,郭新锋. 太阳能. 2018(05)
[7]我国中深层地热能供暖现状及问题研究分析[J]. 张家云. 科技创新导报. 2017(36)
[8]分层岩土体综合导热系数的加权平均估算方法[J]. 刘桂仪,李思奇,邵琦,赵军,程珊珊,李扬. 可再生能源. 2017(12)
[9]中国省会城市浅层地热能开发利用条件及潜力评价[J]. 王婉丽,王贵玲,朱喜,刘志明. 中国地质. 2017(06)
[10]地热资源热能发展及提取技术现状[J]. 苏逊卿. 石化技术. 2017(09)
博士论文
[1]地源热泵系统中深层地埋管换热器的传热分析及其应用[D]. 方亮.山东建筑大学 2018
[2]基于温度场均匀原则的蓄热式地埋管换热器传热分析与优化[D]. 郭敏.山东建筑大学 2017
[3]地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究[D]. 魏唐棣.重庆大学 2001
硕士论文
[1]寒冷地区双U型地埋管换热器土壤层温度场数值模拟研究[D]. 贾俊崇.河北建筑工程学院 2019
[2]中深层套管式地埋管换热器与地源侧水系统能效研究[D]. 张兵兵.山东建筑大学 2019
[3]无干扰地岩热能梯级利用系统的优化[D]. 吕沛志.西安石油大学 2019
[4]中深层地热用井下同轴换热器取热特性研究[D]. 王子勇.河北工程大学 2019
[5]中深层地热取热系统及传热模型研究[D]. 赵阳.河北工程大学 2019
[6]中深层地热源热泵套管式地埋管换热器传热特性研究[D]. 李鹏程.哈尔滨工业大学 2018
[7]深孔套管式地埋管换热器传热数值分析及其应用[D]. 邵珠坤.山东建筑大学 2018
[8]严寒地区套管式地埋管换热器传热特性研究[D]. 姜思航.哈尔滨工业大学 2017
[9]同轴深井套管式地埋管换热器岩土热物性实验分析研究[D]. 谢宗标.安徽建筑大学 2017
[10]中深层地热能梯级利用系统优化研究[D]. 丁永昌.山东建筑大学 2016
本文编号：3581250
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