地能利用热工程集成分析数值方法及其应用
发布时间：2022-04-27 18:02
地能利用热过程是一个动态变化、多热力系统的复杂集成过程,在工程实际设计和性能预测分析中,往往需要完善的分析方法。数值仿真计算作为有效的多系统耦合关联集成分析手段越来越受到关注,并不断在开发利用。地能利用即是一项地上用能系统和地上转换系统与地下供能系统源端有机关联的过程,依据地上系统的动态需求和转换,赋予地下源端作用边界条件,通过各系统关联耦合的数学实现,进而分析地下能流传输过程热流变特征和作用影响,同时对各系统的热力特性和能量特性进行分析。为此,本研究结合国家自然科学基金资助项目的研究内容,对以地下水源能量利用为主的地能利用过程提出一维与三维集成分析数值方法,实现了地能利用过程各系统的一维关联和地下能量传输热过程三维表征,并利用一维实现全过程数值计算控制和数值传递的上位管理,建立能量利用过程的全系统集成分析方法。此外,以实际工程为算例,针对以地下水源能量利用为主的地能利用过程的设计方案、运行模式及工况条件等要素进行计算分析,依此构建方法及其应用体系,为工程应用提供理论分析依据。针对地能利用系统,研究工作首次提出一维与三维集成分析数值计算方法,达到多热力系统复杂过程的集成分析。实现了一维...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 地下水源能量利用系统及其应用
1.2.1 能量利用系统主要构成
1.2.2 基本特点
1.2.3 典型应用
1.3 地下水源能量利用系统研究现状及其发展
1.3.1 国外状况
1.3.2 国内状况
1.4 本文主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 模型建立与分析及其算法
2.1 基本构成
2.2 地下源端模型模块建立与分析
2.2.1 含水层基本参数
2.2.2 地下含水层水运移基本控制方程
2.2.3 地下含水层传热基本控制方程
2.2.4 含水层多孔介质渗流过程基本描述
2.2.5 抽灌井几何模型
2.3 地上端模型建立及计算方法
2.3.1 热泵模型
2.3.2 用能末端模型
2.3.3 地上端模型计算关联
2.4 算法控制
2.5 实验验证
2.5.1 实验系统
2.5.2 实验测试系统
2.5.3 验证结果
2.6 本章小结
第3章 冷热联供多年期时变性及其性能分析
3.1 基本工况选定
3.2 制冷期变时模式
3.2.1 制冷期变时模式抽水温度
3.2.2 制冷期变时模式地下温度场变移
3.2.3 制冷期变时模式能效比
3.3 流量与温差调控模式
3.3.1 不同调控模式抽水温度
3.3.2 不同调控模式地下温度场分布变化
3.3.3 不同调控模式能效比
3.4 抽灌流量调配模式
3.4.1 不同调配模式抽水温度
3.4.2 不同调配模式地下温度场变移
3.4.3 不同调配模式能效比
3.5 本章小结
第4章 地下水自然横流流动影响特性分析
4.1 地下水横流状态选择
4.2 顺流过程
4.2.1 横流流速的影响
4.2.2 抽灌流量调配模式影响
4.3 逆流过程
4.3.1 逆流流速的影响
4.3.2 抽灌流量调配模式的影响
4.4 交叉流过程
4.4.1 交叉流流速的影响
4.4.2 抽灌流量调配模式的影响
4.5 自然流向影响差异对比分析
4.5.1 不同流向抽水温度
4.5.2 不同流向地下温度场分布
4.5.3 不同流向能效比
4.6 本章小结
第5章 倒井与蓄能控制模式作用特性分析
5.1 倒井及蓄能控制模式选定
5.2 冷热联供运行控制模式作用能力分析
5.2.1 冷热联供倒井作用能力分析
5.2.2 起始期影响分析
5.3 冷热联供主动蓄能补偿作用分析
5.3.1 蓄能源数学模型
5.3.2 冷热联供主动蓄能补偿作用分析
5.4 冷热联供抽灌井互换蓄能增效分析
5.4.1 不同抽灌井蓄能抽水温度
5.4.2 不同抽灌井蓄能地下温度场分布
5.4.3 不同抽灌井蓄能能效比
5.5 本章小结
第6章 土壤源与抽灌水源复合过程特性分析
6.1 复合源及其应用算例设定
6.1.1 地下换热器孔群和抽灌水井群排列
6.1.2 地下换热器孔群和抽灌水井群负荷调配
6.2 模型构建及计算方法
6.3 换热器孔群与抽灌水井群布控特性分析
6.3.1 复合源不同布控模式抽水温度
6.3.2 复合源不同布控模式地下温度场的分布
6.3.3 复合源不同布控模式能效比
6.4 换热器孔群和抽灌水井源群负荷调配特性分析
6.4.1 不同负荷调配模式抽水温度
6.4.2 不同负荷调配模式地下温度场的分布
6.4.3 不同负荷调配模式能效比
6.5 本章小结
第7章 总结和展望
7.1 总结
7.2 本文创新点
7.3 展望
参考文献
作者简介与在学期间所取得的研究成果
后记与致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]地下水源热泵多周期运行特性模拟研究[J]. 张淑秘. 制冷技术. 2014(02)
[2]不同抽回间距的单井循环地下水源热泵系统试验[J]. 宋伟,倪龙,姚杨. 农业工程学报. 2014(02)
[3]地域和抽灌水温差对地下水源热泵系统的影响[J]. 张淑秘. 制冷与空调. 2013(09)
[4]地下水源热泵不同布井模式下地下温度场变化模拟分析[J]. 张淑秘,高青. 水电能源科学. 2013(08)
[5]长春地区浅层地热能利用条件分析[J]. 马金涛,鲍新华,曹剑锋,李书光,赵继昌. 现代地质. 2013(02)
[6]含水层构造对抽灌水温变特性的影响[J]. 周学志,高青,于鸣,赵晓文,朱天奎. 吉林大学学报(工学版). 2013(01)
[7]杨凌某小区地下水源热泵空调系统冬夏季能效状况实测与分析[J]. 王康. 能源工程. 2012(06)
[8]地下水源热泵空调系统的实测以及能效分析[J]. 雷飞,胡平放,黄素逸,孙启明. 流体机械. 2012(02)
[9]水文地质参数对单井回灌地下水源热泵抽水井温度场影响[J]. 李月,袁建伟,王瑞祥,曹旭明. 北京建筑工程学院学报. 2011(04)
[10]地下水源热泵不同运行方式对含水层参数影响分析[J]. 王松庆,张旭. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(07)
博士论文
[1]单井循环地下换热系统地下水流动及其传热特性研究[D]. 宋伟.哈尔滨工业大学 2014
[2]抽灌井群地下水运移能量传输及其传热研究[D]. 周学志.吉林大学 2013
[3]地能利用热泵系统能量多样化机制及其效能[D]. 齐子姝.吉林大学 2012
[4]土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究[D]. 於仲义.华中科技大学 2008
[5]同井回灌地下水源热泵源汇井运行特性研究[D]. 倪龙.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]地下水源热泵热源井的水泵节能优化分析[D]. 李程瑶.哈尔滨工业大学 2013
[2]严寒地区土壤源热泵系统供暖长期运行性能特性研究[D]. 王辉.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于土壤源热泵系统地下埋管换热器的仿真工具研究[D]. 畅振.北京工业大学 2013
[4]地下含水层蓄能特性模拟实验研究[D]. 朱天奎.吉林大学 2013
[5]地下水源热泵空调系统优化控制研究[D]. 李文涛.西安建筑科技大学 2013
[6]地下水源热泵系统的应用及技术经济分析[D]. 潘晓.西安建筑科技大学 2013
[7]对井抽灌水源热泵地下承压含水层储能特性研究[D]. 刘诗尧.大连理工大学 2012
[8]沈阳城区地下水源热泵适宜性评价及应用模式研究[D]. 臧海洋.沈阳建筑大学 2011
[9]地下水源热泵工程应用研究及经济分析[D]. 蒋丹凤.华东交通大学 2011
[10]兰州地区太阳能—地下水源热泵系统的数值模拟与节能分析[D]. 纵玉金.兰州理工大学 2010
本文编号：3648922
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 地下水源能量利用系统及其应用
1.2.1 能量利用系统主要构成
1.2.2 基本特点
1.2.3 典型应用
1.3 地下水源能量利用系统研究现状及其发展
1.3.1 国外状况
1.3.2 国内状况
1.4 本文主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 模型建立与分析及其算法
2.1 基本构成
2.2 地下源端模型模块建立与分析
2.2.1 含水层基本参数
2.2.2 地下含水层水运移基本控制方程
2.2.3 地下含水层传热基本控制方程
2.2.4 含水层多孔介质渗流过程基本描述
2.2.5 抽灌井几何模型
2.3 地上端模型建立及计算方法
2.3.1 热泵模型
2.3.2 用能末端模型
2.3.3 地上端模型计算关联
2.4 算法控制
2.5 实验验证
2.5.1 实验系统
2.5.2 实验测试系统
2.5.3 验证结果
2.6 本章小结
第3章 冷热联供多年期时变性及其性能分析
3.1 基本工况选定
3.2 制冷期变时模式
3.2.1 制冷期变时模式抽水温度
3.2.2 制冷期变时模式地下温度场变移
3.2.3 制冷期变时模式能效比
3.3 流量与温差调控模式
3.3.1 不同调控模式抽水温度
3.3.2 不同调控模式地下温度场分布变化
3.3.3 不同调控模式能效比
3.4 抽灌流量调配模式
3.4.1 不同调配模式抽水温度
3.4.2 不同调配模式地下温度场变移
3.4.3 不同调配模式能效比
3.5 本章小结
第4章 地下水自然横流流动影响特性分析
4.1 地下水横流状态选择
4.2 顺流过程
4.2.1 横流流速的影响
4.2.2 抽灌流量调配模式影响
4.3 逆流过程
4.3.1 逆流流速的影响
4.3.2 抽灌流量调配模式的影响
4.4 交叉流过程
4.4.1 交叉流流速的影响
4.4.2 抽灌流量调配模式的影响
4.5 自然流向影响差异对比分析
4.5.1 不同流向抽水温度
4.5.2 不同流向地下温度场分布
4.5.3 不同流向能效比
4.6 本章小结
第5章 倒井与蓄能控制模式作用特性分析
5.1 倒井及蓄能控制模式选定
5.2 冷热联供运行控制模式作用能力分析
5.2.1 冷热联供倒井作用能力分析
5.2.2 起始期影响分析
5.3 冷热联供主动蓄能补偿作用分析
5.3.1 蓄能源数学模型
5.3.2 冷热联供主动蓄能补偿作用分析
5.4 冷热联供抽灌井互换蓄能增效分析
5.4.1 不同抽灌井蓄能抽水温度
5.4.2 不同抽灌井蓄能地下温度场分布
5.4.3 不同抽灌井蓄能能效比
5.5 本章小结
第6章 土壤源与抽灌水源复合过程特性分析
6.1 复合源及其应用算例设定
6.1.1 地下换热器孔群和抽灌水井群排列
6.1.2 地下换热器孔群和抽灌水井群负荷调配
6.2 模型构建及计算方法
6.3 换热器孔群与抽灌水井群布控特性分析
6.3.1 复合源不同布控模式抽水温度
6.3.2 复合源不同布控模式地下温度场的分布
6.3.3 复合源不同布控模式能效比
6.4 换热器孔群和抽灌水井源群负荷调配特性分析
6.4.1 不同负荷调配模式抽水温度
6.4.2 不同负荷调配模式地下温度场的分布
6.4.3 不同负荷调配模式能效比
6.5 本章小结
第7章 总结和展望
7.1 总结
7.2 本文创新点
7.3 展望
参考文献
作者简介与在学期间所取得的研究成果
后记与致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]地下水源热泵多周期运行特性模拟研究[J]. 张淑秘. 制冷技术. 2014(02)
[2]不同抽回间距的单井循环地下水源热泵系统试验[J]. 宋伟,倪龙,姚杨. 农业工程学报. 2014(02)
[3]地域和抽灌水温差对地下水源热泵系统的影响[J]. 张淑秘. 制冷与空调. 2013(09)
[4]地下水源热泵不同布井模式下地下温度场变化模拟分析[J]. 张淑秘,高青. 水电能源科学. 2013(08)
[5]长春地区浅层地热能利用条件分析[J]. 马金涛,鲍新华,曹剑锋,李书光,赵继昌. 现代地质. 2013(02)
[6]含水层构造对抽灌水温变特性的影响[J]. 周学志,高青,于鸣,赵晓文,朱天奎. 吉林大学学报(工学版). 2013(01)
[7]杨凌某小区地下水源热泵空调系统冬夏季能效状况实测与分析[J]. 王康. 能源工程. 2012(06)
[8]地下水源热泵空调系统的实测以及能效分析[J]. 雷飞,胡平放,黄素逸,孙启明. 流体机械. 2012(02)
[9]水文地质参数对单井回灌地下水源热泵抽水井温度场影响[J]. 李月,袁建伟,王瑞祥,曹旭明. 北京建筑工程学院学报. 2011(04)
[10]地下水源热泵不同运行方式对含水层参数影响分析[J]. 王松庆,张旭. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(07)
博士论文
[1]单井循环地下换热系统地下水流动及其传热特性研究[D]. 宋伟.哈尔滨工业大学 2014
[2]抽灌井群地下水运移能量传输及其传热研究[D]. 周学志.吉林大学 2013
[3]地能利用热泵系统能量多样化机制及其效能[D]. 齐子姝.吉林大学 2012
[4]土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究[D]. 於仲义.华中科技大学 2008
[5]同井回灌地下水源热泵源汇井运行特性研究[D]. 倪龙.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]地下水源热泵热源井的水泵节能优化分析[D]. 李程瑶.哈尔滨工业大学 2013
[2]严寒地区土壤源热泵系统供暖长期运行性能特性研究[D]. 王辉.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于土壤源热泵系统地下埋管换热器的仿真工具研究[D]. 畅振.北京工业大学 2013
[4]地下含水层蓄能特性模拟实验研究[D]. 朱天奎.吉林大学 2013
[5]地下水源热泵空调系统优化控制研究[D]. 李文涛.西安建筑科技大学 2013
[6]地下水源热泵系统的应用及技术经济分析[D]. 潘晓.西安建筑科技大学 2013
[7]对井抽灌水源热泵地下承压含水层储能特性研究[D]. 刘诗尧.大连理工大学 2012
[8]沈阳城区地下水源热泵适宜性评价及应用模式研究[D]. 臧海洋.沈阳建筑大学 2011
[9]地下水源热泵工程应用研究及经济分析[D]. 蒋丹凤.华东交通大学 2011
[10]兰州地区太阳能—地下水源热泵系统的数值模拟与节能分析[D]. 纵玉金.兰州理工大学 2010
本文编号：3648922
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