基于蓄热原理的地源热泵地埋管换热数值模拟

发布时间：2017-09-15 21:11

  本文关键词：基于蓄热原理的地源热泵地埋管换热数值模拟

  更多相关文章： 地埋管换热器 土壤温度 换向周期 蓄热原理 数值模拟

【摘要】：资源和环境的问题是当今全球关注的焦点之一。地源热泵技术具有节能环保的特点。在地源热泵系统研究的过程中,对于地埋管换热器的研究是其中的重点与难点。本文在土壤温度场不受较大影响的前提下,提出了一种基于蓄热原理的地源热泵地埋管换热器。此换热器与常规地埋管换热器最大的不同在于由两组地埋管交替运行,达到减小扰动土壤温度的目的。两组地埋管一组换热,一组则停止运行,令土壤处于回温状态。针对其中一组U形地埋管的换热与回温过程进行模拟,找出两组地埋管换热器交替运行的时间,做出换向周期图。主要利用CFD软件对竖直U形地埋管的三维非稳态换热模型进行模拟。给出了数学模型、几何模型、网格划分、单值性条件以及物性参数。主要研究内容如下:(1)首先模拟系统长期运行对土壤温度场的影响,对比可知改用基于蓄热原理的地源热泵地埋管换热器对土壤温度场的影响较小。(2)详细分析换热过程,确定合理的换向周期标准。即通过监测出口水温的方式得到进出口水温差,当水温差满足理论计算的前提时确定换向时间,从而得到换向周期。(3)由于每个地区土壤的参数略有不同,所以在制热工况的前提下改变回填土的导热系数,导热系数越大,换向周期越长。(4)对比模拟制冷工况,随着回填土导热系数的增加,换向周期也随之增加,与制热工况一致。(5)在回填土导热系数相同的条件下,制冷工况与制热工况的换向周期相差很小,所以可以使用同一换向周期。由于此地埋管换热器对土壤温度影响范围较小,为减小并联的地埋管间距提供依据。本文的研究方法和研究结果,可以为提高热泵整体工作的稳定性以及减小土壤温度扰动方面提供一定的借鉴作用。
【关键词】：地埋管换热器 土壤温度 换向周期 蓄热原理 数值模拟
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 地源热泵系统介绍11-12
• 1.2.1 地源热泵的工作原理11-12
• 1.2.2 热泵的分类12
• 1.3 地源热泵及地埋管换热器国内外发展历程12-14
• 1.3.1 国外地源热泵发展历程13-14
• 1.3.2 国内地埋管换热器研究现状14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 2. 地源热泵地埋管换热器设计16-25
• 2.1 地埋管管道设计16-17
• 2.1.1 管材及管径的选择16
• 2.1.2 埋管方式16-17
• 2.1.3 埋管的链接方式17
• 2.2 地埋管换热器计算17-24
• 2.2.1 换热量的确定18
• 2.2.2 地埋管管长的计算18
• 2.2.3 确定竖井数目及间距18-19
• 2.2.4 换热器基本参数19-20
• 2.2.5 换热器强度校核20-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3. 地埋管换热数值模拟25-33
• 3.1 数值模拟软件简介25
• 3.2 数值模拟基本思想25-26
• 3.3 基本控制方程26-28
• 3.3.1 质量守恒方程26-27
• 3.3.2 动量守恒方程27
• 3.3.3 能量守恒方程27-28
• 3.4 模型的建立28-29
• 3.4.1 湍流模型28
• 3.4.2 几何模型28-29
• 3.5 网格划分29-31
• 3.6 模型假设31
• 3.7 边界条件31
• 3.8 初始条件31
• 3.9 本章小结31-33
• 4. 数值模拟结果分析33-51
• 4.1 地埋管换热器长期运行对土壤温度场的影响33-35
• 4.2 地埋管换热器换向周期的确定35-41
• 4.3 改变回填土的导热系数对换向时间的影响41-44
• 4.3.1 制热工况回填材料导热系数为 0.5W/（m·K）的换向周期41-42
• 4.3.2 制热工况回填材料导热系数为 1.4W/（m·K）的换向周期42-44
• 4.4 制冷工况下地埋管换热器换向周期确定44-50
• 4.4.1 制冷工况回填材料导热系数为 0.5W/（m·K）的换向周期44-47
• 4.4.2 制冷工况回填材料导热系数为 1.01W/（m·K）的换向周期47-48
• 4.4.3 制冷工况回填材料导热系数为 1.4W/（m·K）的换向周期48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5. 结论与展望51-53
• 5.1 结论51-52
• 5.2 展望52-53
• 参考文献53-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张有天;介绍联邦德国几个埋管工程的设计与计算[J];水力发电;1986年10期

2 李新国,陈志豪,赵军,李丽新,马一太;桩埋管与井埋管实验与数值模拟[J];天津大学学报;2005年08期

3 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于渗流型传热机制的地埋管换热特性研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年S2期

4 祝健;廖国庆;;基于有限元法的垂直地埋管换热器传热研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2009年12期

5 林芸;赵强;方肇洪;;水平螺旋地埋管地源热泵的研究[J];暖通空调;2010年04期

6 石磊;高鹏;耿宴;张兆清;刘玉旺;;济宁某桩埋管项目工程分析[J];制冷与空调;2010年03期

7 陈胜朋;沈意成;陈振乾;张辉;;基于耦合法的地埋管换热器设计软件的研发[J];暖通空调;2011年03期

8 陈杰;宋汉周;霍吉祥;;渗流影响下地埋管铺设方式的改进及其数值分析[J];勘察科学技术;2011年05期

9 冉伟彦;;地埋管换热孔传热系数及设计应用[J];供热制冷;2012年01期

10 俞介刚;水电站高压埋管设计的几个问题及其改进措施[J];水利学报;1985年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙亭;刁乃仁;肖洪海;罗苏瑜;;水平地埋管换热器的传热性能研究[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年

2 杜次元;陈友明;;竖直埋管有限长线热源的改进模型[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集[C];2010年

3 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于导热型传热机制的地埋管换热特性研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

4 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于岩土体蓄能平衡的垂直地埋管换热器设计方法[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

5 於仲义;陈焰华;胡平放;徐玉党;袁旭东;;基于换热能效度的竖直地埋管埋设深度设计[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

6 於仲义;陈焰华;胡平放;;基于渗流型传热机制的地埋管换热特性研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

7 於仲义;陈焰华;胡平放;;分层型土壤地埋管换热特性研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

8 於仲义;胡平放;胡磊;袁旭东;;垂直U型地埋管换热器传热能效特性实验研究[A];建筑电气设计与研究——湖北省/武汉市建筑电气专业委员会二○○九年年会论文集[C];2009年

9 沈炜华;程洪涛;郭彬;贾彩英;陈九法;;桩埋管换热器的传热性能研究[A];制冷空调新技术进展——第四届全国制冷空调新技术研讨会论文集[C];2006年

10 姚杨;张欢;马最良;;土壤蓄冷与耦合热泵集成系统地埋管结构优化[A];全国暖通空调制冷2006年学术年会文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 记者 段金平　通讯员 毕文明;国内首台车载浅层地温能响应试验台交付使用[N];地质勘查导报;2009年

2 记者 段金平　通讯员 毕文明;国内首台商业浅层地温能响应试验台问世[N];中国国土资源报;2009年

3 王丽艳　周兆顺 耿大海;“绿色低碳车站”下月建成[N];青岛日报;2010年

4 刘其丕 李晓飞;矿产地质研究院埋管式地源热泵空调技术获专利[N];中国有色金属报;2005年

5 光山县中等专业学校 张传忠;菌墙式埋管平菇栽培法[N];河南科技报;2005年

6 董学成;农民兄弟灌溉出行两方便[N];中国交通报;2006年

7 张峰;国内首个地源热泵系统实验基地落户北京[N];中华建筑报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈金华;竖直双U地埋管换热器分层换热模型研究[D];重庆大学;2015年

2 邓鼎兴;地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价[D];中国地质大学;2015年

3 杜震宇;黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究[D];太原理工大学;2014年

4 於仲义;土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究[D];华中科技大学;2008年

5 徐坚;地源热泵U型埋管换热器的变周期模型研究[D];浙江大学;2010年

6 杨伟;U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究[D];湖南大学;2010年

7 刘卓栋;地源热泵地埋管随机传热与可靠性理论研究[D];武汉理工大学;2010年

8 雷海燕;地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究[D];天津大学;2011年

9 白天;严寒地区土壤源热泵系统地埋管运行特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 范蕊;土壤蓄冷与热泵集成系统地埋管热渗耦合理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张凯;减缓地下冷/热量累积效应的集群地埋管分区运行方法研究[D];山东建筑大学;2015年

2 马腾腾;集群竖埋管地热换热器传热简化分析方法研究[D];山东建筑大学;2015年

3 祁英;地埋管直接供冷系统供冷特性研究[D];山东建筑大学;2015年

4 冯俊杰;基于水热式融雪技术桥面铺装温度场及力学研究[D];长安大学;2015年

5 张海云;基于土壤热平衡的地源热泵系统分析[D];南京师范大学;2015年

6 汪仲亮;地源热泵地埋管研究及其经济性分析[D];南京师范大学;2015年

7 刘超;U型地埋管换热器换热性能模拟及试验研究[D];西南科技大学;2015年

8 侯儒林;不同埋管形式的地理管换热试验及数值模拟研究[D];南京大学;2015年

9 陈庆亚;埋管抽采条件下采空区“三带”分布规律研究[D];华北理工大学;2015年

10 孙中慧;太阳能跨季节储热地埋管换热器数值模型适用性研究[D];河北工业大学;2015年

，

本文编号：858906