多孔介质土壤热渗耦合模型及埋管周围土壤温度场数值模拟研究
发布时间：2021-10-29 10:06
地源热泵供热时从土壤中吸热，制冷时向土壤放出热量。土壤冬季温度高于室外气温，夏季温度低于室外气温，所以将热泵系统的换热装置安装于土壤中可以得到很好的传热工况。使用地源热泵可以减少煤的使用量，节约石油、天然气等一次能源，有利于国家改善能源结构，减少有害气体排放从而达到保护环境和可持续发展的目标。因此地源热泵是高效节能、绿色环保的供暖和空调制冷方式。 推广和应用地源热泵的关键技术之一是完善地下换热埋管的传热模型，使其更好的模拟地下换热埋管的真实传热过程。 本文建立了管内流体，以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型，模拟了U型管内流体的流动和传热、U型管与土壤的传热及土壤温度场。采用建模软件GAMBIT建立物理模型，以数值计算软件FLUENT进行模拟计算。本文的创新之处在于：①考虑了U型管的实际形状，模拟了管内流体的真实流动；②将土壤考虑为饱和多孔介质，考虑了土壤中水的二维渗流。这与以前研究者将U型管两只管腿等效为柱热源；将土壤视为固体，只考虑其纯导热的数学模型相比都有质的改进。文中首先研究了有渗流情况下，管内流体的温度变化，土壤的温度场和热作用半径，以及埋管的换热量。并与相同工...
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 地源热泵研究的背景和意义
1.1.1 能源、环境与可持续发展
1.1.2 绿色建筑
1.2 地源热泵的发展与研究现状
1.2.1 地源热泵的发展历史
1.2.2 国内外的研究现状
1.3 垂直地下换热埋管传热模型的发展
1.3.1 NWWA模型——线源解析法
1.3.2 IGSHPA模型——线源解析法
1.3.3 Kavanaugh模型——柱源解析法
1.3.4.Eskilson模型——线源混合解法
1.3.5 Hellstrom模型
1.3.6 V.C.Mei模型
1.3.7 T.-K.Lei模型
1.3.8 Muraya模型
1.3.9 Rottmayer和Mitchell模型
1.3.10 Yavuzturk模型
1.3.11 模型比较
1.4 FLUENT软件介绍
1.5 本文主要工作
2.U型管与土壤传热的数学模型
2.1 U型管内流体的数学模型
2.1.1 各湍流模型介绍
2.1.2 标准k-e模型
2.1.3 Realizable k-e模型
2.2 多孔介质数学模型
2.2.1 多孔介质简介
2.2.2 多孔介质的宏观性质
2.2.3 有效导热系数
2.2.4 Darcy定律的推广
2.2.5 连续性方程
2.2.6 动量守恒方程
2.2.7 能量方程
3.U型管与土壤传热的数值模拟
3.1 几何模型的建立
3.2 模型的网格划分
3.3 边界条件的确定
3.4 连续运行工况下模拟情况
3.5 本章小结
4 各种影响因素分析
4.1 土壤物性的影响
4.1.1 导热系数的影响
4.1.2 比热的影响
4.1.3 密度的影响
4.1.4 孔隙率的影响
4.1.5 渗透率的影响
4.1.6 不同土质的影响
4.2 回填材料的影响
4.3 U型管管材的影响
4.4 本章小结
结论
展望
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]北京某别墅土壤源热泵空调系统设计[J]. 施秀琴,梁军. 暖通空调. 2004(05)
[2]北方地区应用地源热泵应注意的问题[J]. 何雪冰,刘宪英. 低温建筑技术. 2004(02)
[3]天津水云花园C29号别墅土壤热泵家用中央空调系统[J]. 施秀琴,孙国勋,马新伟. 中国建设信息.供热制冷专刊. 2004(02)
[4]西部城市建筑节能现状调查分析[J]. 刘猛,何雪冰,付祥钊. 制冷与空调(四川). 2003(04)
[5]绿色建筑中暖通空调的应用[J]. 魏东杰,胡彤. 河北建筑科技学院学报. 2003(03)
[6]竖直U型管地热换热器的准三维传热模型[J]. 刁乃仁,曾和义,方肇洪. 热能动力工程. 2003(04)
[7]双U型埋管地热换热器的传热模型[J]. 曾和义,方肇洪. 山东建筑工程学院学报. 2003(01)
[8]竖直埋管地热换热器钻孔内的热阻[J]. 曾和义,刁乃仁,方肇洪. 煤气与热力. 2003(03)
[9]地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型[J]. 曾和义,刁乃仁,方肇洪. 热能动力工程. 2003(02)
[10]竖直U型埋管地源热泵技术的应用[J]. 刘冬生,庄迎春,肖西卫. 能源工程. 2003(01)
硕士论文
[1]垂直深埋U型管大地耦合式地源热泵冬季实验研究与三维数值模拟[D]. 胡彦辉.重庆大学 2003
本文编号：3464476
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 地源热泵研究的背景和意义
1.1.1 能源、环境与可持续发展
1.1.2 绿色建筑
1.2 地源热泵的发展与研究现状
1.2.1 地源热泵的发展历史
1.2.2 国内外的研究现状
1.3 垂直地下换热埋管传热模型的发展
1.3.1 NWWA模型——线源解析法
1.3.2 IGSHPA模型——线源解析法
1.3.3 Kavanaugh模型——柱源解析法
1.3.4.Eskilson模型——线源混合解法
1.3.5 Hellstrom模型
1.3.6 V.C.Mei模型
1.3.7 T.-K.Lei模型
1.3.8 Muraya模型
1.3.9 Rottmayer和Mitchell模型
1.3.10 Yavuzturk模型
1.3.11 模型比较
1.4 FLUENT软件介绍
1.5 本文主要工作
2.U型管与土壤传热的数学模型
2.1 U型管内流体的数学模型
2.1.1 各湍流模型介绍
2.1.2 标准k-e模型
2.1.3 Realizable k-e模型
2.2 多孔介质数学模型
2.2.1 多孔介质简介
2.2.2 多孔介质的宏观性质
2.2.3 有效导热系数
2.2.4 Darcy定律的推广
2.2.5 连续性方程
2.2.6 动量守恒方程
2.2.7 能量方程
3.U型管与土壤传热的数值模拟
3.1 几何模型的建立
3.2 模型的网格划分
3.3 边界条件的确定
3.4 连续运行工况下模拟情况
3.5 本章小结
4 各种影响因素分析
4.1 土壤物性的影响
4.1.1 导热系数的影响
4.1.2 比热的影响
4.1.3 密度的影响
4.1.4 孔隙率的影响
4.1.5 渗透率的影响
4.1.6 不同土质的影响
4.2 回填材料的影响
4.3 U型管管材的影响
4.4 本章小结
结论
展望
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]北京某别墅土壤源热泵空调系统设计[J]. 施秀琴,梁军. 暖通空调. 2004(05)
[2]北方地区应用地源热泵应注意的问题[J]. 何雪冰,刘宪英. 低温建筑技术. 2004(02)
[3]天津水云花园C29号别墅土壤热泵家用中央空调系统[J]. 施秀琴,孙国勋,马新伟. 中国建设信息.供热制冷专刊. 2004(02)
[4]西部城市建筑节能现状调查分析[J]. 刘猛,何雪冰,付祥钊. 制冷与空调(四川). 2003(04)
[5]绿色建筑中暖通空调的应用[J]. 魏东杰,胡彤. 河北建筑科技学院学报. 2003(03)
[6]竖直U型管地热换热器的准三维传热模型[J]. 刁乃仁,曾和义,方肇洪. 热能动力工程. 2003(04)
[7]双U型埋管地热换热器的传热模型[J]. 曾和义,方肇洪. 山东建筑工程学院学报. 2003(01)
[8]竖直埋管地热换热器钻孔内的热阻[J]. 曾和义,刁乃仁,方肇洪. 煤气与热力. 2003(03)
[9]地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型[J]. 曾和义,刁乃仁,方肇洪. 热能动力工程. 2003(02)
[10]竖直U型埋管地源热泵技术的应用[J]. 刘冬生,庄迎春,肖西卫. 能源工程. 2003(01)
硕士论文
[1]垂直深埋U型管大地耦合式地源热泵冬季实验研究与三维数值模拟[D]. 胡彦辉.重庆大学 2003
本文编号：3464476
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3464476.html
