基于分形土壤模型的地源热泵地下换热特性分析

发布时间：2020-12-04 09:24

　　在地源热泵的研究中,地下换热是其核心内容,而土壤结构对地下换热过程有着重要的影响,与以往研究中对土壤进行的宏观描述不同,分形方法可以深入到土壤的内部结构,是一种研究地源热泵地下换热过程的新方法。本文以地源热泵为研究背景,采用分形理论,视土壤为多孔介质,从多孔介质结构形成的物理机制出发,自行编写Matlab程序建立了分形土壤的传热模型,并通过编程计算得到了不同元胞下土壤有效导热系数与土壤孔隙率之间的变化规律,固气相导热系数比对土壤导热系数的影响规律,讨论了孔隙率、固气相导热系数等因素对分形土壤有效导热系数的影响,此外,采用分形理论,将土壤简化为由毛细通道组成的多孔介质,并应用分形随机行走方法,通过编写Matlab程序建立了分形土壤的传质模型,并在此基础上通过编程迭代得到了弯曲度分形维数与土壤渗透率之间的变化规律。利用本文中建立的随机分形传热模型,结合土壤结构,建立了地下土壤的分形饱和模型与非饱和模型,并采用TDMA迭代算法,自行编写Matlab程序对地下埋管与分形土壤换热过程进行模拟计算,本文对在夏季与冬季的不同气候条件下的稳态地下换热过程进行了模拟计算,得到了稳态地下换热的温度场分布以... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 分形理论与模型建立
    2.1 基本分形理论
        2.1.1 分形几何学
        2.1.2 分形的重要特征
        2.1.3 分形构造方法
    2.2 分形传热模型
        2.2.1 分形传热模型构造方法
        2.2.2 基质生成法编程算法
        2.2.3 孔隙生成法编程算法
    2.3 分形传质模型
        2.3.1 分形渗流理论
        2.3.2 物理模型与编程算法
3 分形土壤模型传热传质系数模拟结果分析
    3.1 分形土壤导热系数分析
        3.1.1 相同孔隙率条件下随机多孔分形结构对有效导热系数的影响
        3.1.2 孔隙率对土壤有效导热系数的影响
        3.1.3 固气相导热系数比λ对导热系数的影响
    3.2 分形土壤渗透率分析
        3.2.1 弯曲度分形维数的拟合
        3.2.2 弯曲度分形维数对土壤渗透率的影响
4 稳态土壤分形传热特性研究
    4.1 土壤分层分形结构
        4.1.1 土壤分层结构
        4.1.2 本文采用的土壤分层分形结构
    4.2 物理模型
    4.3 数学模型及编程算法
        4.3.1 编程算法
        4.3.2 边界条件及初始条件
    4.4 饱和与非饱和土壤模型传热特性对比分析
        4.4.1 饱和土壤地下埋管传热温度分布
        4.4.2 非饱和土壤地下埋管传热温度分布
        4.4.3 饱和与非饱和模型的传热特性对比分析
5 非稳态土壤分形传热特性研究
    5.1 物理模型
    5.2 数学模型及编程算法
        5.2.1 数学模型
        5.2.2 编程算法
        5.2.3 边界条件及初始条件
    5.3 非稳态分形土壤模型传热特性分析
        5.3.1 土壤运行过程温度变化特性
        5.3.2 土壤间歇过程温度变化特性
        5.3.3 不同工况下土壤蓄运行温度变化特性
        5.3.4 与实验数据对比
    5.4 基于渗流模型与无渗流模型的传热特性对比分析
        5.4.1 渗流过程机理
        5.4.2 渗流模型
        5.4.3 基于渗流模型的分形土壤传热特性
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]地源热泵间歇运行地温变化特性及恢复特性研究[J]. 尚妍,李素芬,代兰花.  大连理工大学学报. 2012(03)
[2]多孔介质有效导热系数的实验与模拟[J]. 史玉凤,刘红,孙文策.  四川大学学报(工程科学版). 2011(03)
[3]土壤样品有效导热系数的分形计算模型[J]. 徐琳,张旭,徐进波.  可再生能源. 2009(01)
[4]分形多孔介质导热数值模拟分析[J]. 王唯威,淮秀兰.  工程热物理学报. 2007(05)
[5]分形图的生成算法研究[J]. 徐淑平,李春明.  微机发展. 2005(09)
[6]二维格子逾渗结构多孔介质渗透率的研究[J]. 刘志峰,王晓宏.  自然科学进展. 2004(01)
[7]多孔介质输运性质的分形分析研究进展[J]. 郁伯铭.  力学进展. 2003(03)
[8]多孔介质分形模型的难点与探索[J]. 张东晖,杨浩,施明恒.  东南大学学报(自然科学版). 2002(05)
[9]多孔介质导热的分形模型[J]. 施明恒,樊荟.  热科学与技术. 2002(01)
[10]基于分形理论的多孔介质导热系数研究[J]. 陈永平,施明恒.  工程热物理学报. 1999(05)

博士论文
[1]含湿岩土间歇蓄/放热传热传质研究[D]. 尚妍.大连理工大学 2012
[2]分形理论的若干应用[D]. 邹明清.华中科技大学 2007
[3]多孔介质扩散、导热、渗流分形模型的研究[D]. 张东辉.东南大学 2003



本文编号：2897349