螺旋型地埋管换热器换热性能的研究

发布时间：2017-12-08 00:27

  本文关键词：螺旋型地埋管换热器换热性能的研究

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【摘要】：地源热泵系统是利用土壤能够储蓄巨大热量和冷量的特性而进行供热、制冷的一种节能环保技术。近些年来,随着世界能源危机和环境污染问题的日益严重,该技术得到了越来越多的关注和应用。地埋管换热器的换热性能与投资是影响地源热泵系统发展的关键因素,传统的竖直U型埋管钻孔费用高而且施工难度大,不利于地源热泵的推广。为此出现了一种新的地源热泵换热器一—螺旋型埋管,该换热器具有换热效能高和施工成本低的优点,因此逐渐受到业内的重视。本文对应用广泛的桩基螺旋型埋管和水平螺旋型埋管的换热性能进行了数值模拟和实验测试,探讨了两种螺旋型埋管换热器换热性能的影响因素及其优化措施。理论方面,建立了桩基和水平螺旋型埋管的传热模型,探讨了桩基直径、桩基深度和螺旋组数对桩基螺旋型埋管换热性能的影响规律,结果表明：增加桩基直径、桩基深度和螺旋组数有利于提高换热器的换热量。同时土壤类型对桩基和水平螺旋型埋管换热性能有一定的影响,比热容和导热系数高的土壤有利于提高埋管的换热性能,粘土、沙土和岩土三种土壤中岩土最有利于两种螺旋型埋管换热。对于水平螺旋型埋管,当地下水位线高于4.2m时,地下水位线、地下水渗流速度和饱和土壤的孔隙率增加,换热器换热量增加；当地下水位线低于4.2m时,地下水渗流对水平螺旋型埋管换热器换热性能影响较小。实验方面,基于相似理论搭建了桩基和水平螺旋型埋管的模型实验台,开展了不同工况下桩基和水平螺旋型埋管换热性能和土壤温度分布的实验测试。结果表明：增加进口水温可以增加两种螺旋型埋管的换热量,但是容易导致土壤温升速率和幅度增加,因此要根据实际运行工况确定合适的进口水温；同时,间歇运行模式有利于两种螺旋型埋管周围土壤温度恢复,提高埋管换热效率。对于桩基螺旋型埋管,减小埋管螺距可以增加换热量,但是土壤温升速率和幅度会上升,单位管长换热量会降低,因此埋管螺距不能无限减小；此外,增加桩基的比热容有利于提高换热器总换热量,但是会使土壤温度恢复速率降低。对于水平螺旋型埋管,埋管线圈中心距越小,换热器换热量越高,但单位管长换热量会降低；同时,地表风速增加,空气对流换热量增加,水平螺旋型埋管的换热量增加。本文的研究目的旨在探讨两种螺旋型埋管换热器换热性能的影响因素及其优化换热措施,以期为其在实际工程中的推广应用提供理论指导和技术支持。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172

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