地源热泵典型垂直地埋管换热器数值模拟研究

发布时间：2020-10-21 07:23

　　 由于节能、环保、可持续等特点,地源热泵技术受到了许多国家的亲睐。采用垂直地埋管换热器的土壤源热泵系统,具有占地面积小、换热器性能稳定等优点,适合我国的发展国情,因此得到了广泛的推广应用。 本文首先回顾了土壤源热泵的发展历史、研究应用的现状、垂直埋管换热器的经典传热模型、土壤热响应测试的经典理论与实验方法,为后续的模拟研究工作奠定了基础。 然后采用数值模拟的方法,针对地源热泵典型垂直埋管换热器在土壤中的传热进行研究。区别于以往的研究,本文重点考虑了地下水位对典型垂直地埋管换热器性能的影响。将水位以下的土壤视为饱和土壤,水位以上部分视为不饱和土壤,忽略地面灌溉和降水,利用土壤的土水特征曲线确定了不饱和土壤垂直方向上的含水量及热物性分布。建立了典型地埋管换热器在土壤中的三维模型。利用商业软件FLUENT对典型地埋管换热器在土壤中的传热进行数值模拟。结合某地源热泵工程的地质勘查报告和恒温法土壤热响应实验相关数据,证实了模型合理性和准确性。 最后,采用上述模型模拟研究了换热器入口温度、管内流量、运行工况等因素对典型垂直地埋管换热器性能的影响,特别是地下水位变化对换热器性能的影响,以及在特定的地下水位情况下,换热器有效埋深对换热器性能的影响。其结果对于地下水位变化显著地区地源热泵工程设计、管理具有较好的指导意义。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：TK523
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
目录
第一章 绪论
    1.1 地源热泵研究的背景与意义
    1.2 当前世界地热资源及地源热泵开发应用概况
    1.3 土壤源热泵
        1.3.1 土壤源热泵系统简介
        1.3.2 地源热泵的特点
    1.4 地源热泵在国内外的发展与研究现状
        1.4.1 强化换热器换热
        1.4.2 混合能源式地源热泵
        1.4.3 关于地理管换热器性能的模拟研究
    1.5 本文研究的主要内容和意义
        1.5.1 研究背景
        1.5.2 本文的主要工作
第二章 垂直埋管换热器的理论研究
    2.1 垂直埋管换热器经典解析法传热模型
        2.1.1 无限长线热源模型
        2.1.2 无限长圆柱面热源理论模型
        2.1.3 有限长线热源模型
        2.1.4 其它若干模型简述
    2.2 垂直埋管换热器数值法传热模型简述
        2.2.1 有限差分法
        2.2.2 有限容积法
        2.2.3 有限元法
第三章 土壤热响应测试理论和方法
    3.1 土壤热响应测试的理论基础
        3.1.1 土壤热响应测试的线热源模型
        3.1.2 土壤热响应测试的圆注热源模型
        3.1.3 土壤热响应测试的改进G函数模型
    3.2 土壤热响应测试的实验方法
第四章 换热器的数值模拟研究
    4.1 土壤热物性在垂直方向上的分布
        4.1.1 土水特征曲线
        4.1.2 描述土水特征曲线的模型方程
        4.1.3 用孔隙率预测土壤水分特征曲线
    4.2 用水分特征曲线计算土壤热物性
    4.3 模型建立
        4.3.1 模型的简化假设条件
        4.3.2 双U型与单U型换热器模型
        4.3.3 网格划分的原则
    4.4 模拟计算
        4.4.1 模拟背景
        4.4.2 计算地下土壤的热物性分布
        4.4.3 几何模型的确立和网格划分
        4.4.4 初始条件、边界条件
        4.4.5 模拟结果及分析
        4.4.6 关于单U型管换热器的模拟
    4.5 土壤温度场研究
        4.5.1 垂直方向温度场分析
        4.5.2 水平方向钻孔内温度场
第五章 换热器性能主要影响因素分析
    5.1 换热器入口温度
    5.2 换热器内的流量
    5.3 地下水位
    5.4 换热器埋深
    5.5 运行工况的影响
总结与展望
    1 主要结论
    2 存在问题与展望
参考文献
攻读硕士期间被录用的论文
致谢

【参考文献】

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本文编号：2849822