砂石混合料热学性质试验研究及数值模拟

发布时间：2019-10-16 19:01

【摘要】：土壤热学性质在土壤源热泵换热器设计方面起着决定性作用,但由于土壤的组成以及地质、水文等因素的影响,土壤热学性质的研究相对较为滞后。砂石混合料是土壤源热泵系统中常用的回填料,其热学性质是影响热泵系统效率的重要因素。因此,根据现场实际条件对砂石混合料的热学性质进行研究,分析砂石混合料在不同地质、水文条件下热学性质的变化规律,为准确模拟土壤源热泵系统总体热交换过程具有重要意义。本文以砂石混合料为研究对象,根据一维稳态传热理论研制了相应的导热系数测量系统,并对砂石混合料进行了导热系数测试实验和分析。利用ANSYS WORKBENCH有限元软件对均匀分布情况下的填充颗粒形状、填充体积分数进行了数值模拟研究。主要得到如下结论:试验部分:砂石混合体导热系数随着固结压力的增大而逐渐增大。随着含石率的增加,由于大粒径颗粒的骨料随之增加,使颗粒间的接触情况得到了改善,导致导热系数随着含石率的增大而增大;在含石量较小时导热系数主要由砂土颗粒和砾石两者共同控制,随着含石量的增加砂颗粒与砾石颗粒之间的距离变短,砂土颗粒的导热系数小于砾石的导热系数,导致热量的传递更多的靠砾石传递,材料的导热系数逐渐增加。在低含水量(0%~5%)时,砂石混合体的导热系数随着含水率增大而显著增大,可达到64.47%。液态水的初始加入使砂土颗粒表面形成了一层较薄的水膜,导致颗粒间形成了面接触,促进了颗粒间的热传导;随着液态水的继续加入,孔隙中水的含量增加,试样的导热系数随之增大。数值模拟部分:通过对填充形状为立方体和球体的代表单元体内部的温度和热流分布的模拟,得到球体填充形状单元体的温度差大于立方体填充形状的单元体,球体填充的单元体对边界热流的影响较小。随着颗粒填充体积分数的增大,温度差变小,填充含量增大时单元体的热流方向更加明显。球体填充颗粒的导热系数的在填充含量小于15%时,增长较快,大于15%时其增长趋势近似线性增长;立方体填充颗粒的导热系数随着填充含量的增加变化趋势逐渐减缓。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O551.3;TU83

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本文编号：2550122