砂土地表管道高效集与跨季节地下储热研究
发布时间：2021-05-21 06:20
随着社会的高速发展,对能源的需求与日俱增,传统的化石能源面临消耗殆尽的局面,因此,可再生能源的发展受到世界各国的重视。太阳能作为广泛存在的可再生清洁能源,对其实现高效收集和储存具有重要的生态环保意义,然而,目前太阳能热利用技术却存在成本高、功率小、转化的效率低等问题。鉴于此,本课题以实现低成本高效的太阳能与浅层地热能耦合的利用方式为目标,对地表管道集热和跨季节地下储热进行了研究,以期为清洁能源的发展提供技术支持。本文设计了浅层地温监测试验以及地表管道高效集热试验,探究了浅层地温以及管内水温的变化规律,对地表管道高效集热试验的影响因素（如太阳辐射强度、管道材质、管道空间位置、以及聚热墙等）展开分析讨论,并利用多元线性回归模型对管内水温进行温度预测。研究结果表明:地表附近（-0.01m）的土壤温度变化与当天太阳辐照强度的变化趋势基本一致;在白色塑料膜的覆盖下黑色PE管（G8）外皮与聚热墙和地面的距离分别为100mm和40mm时,管内水体获得了本次试验的最高热量;水温预测模型结果与实测数据变化趋势一致,误差较小;本文还利用Ansys Fluent软件根据现场试验对管内水体、聚热墙体等的温度场...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 引言
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 管道集热的国内外研究现状
1.2.2 太阳能蓄热的国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容与方法
1.4 课题研究技术路线图
2 太阳辐射作用下管道集热试验理论基础
2.1 太阳辐射理论
2.1.1 太阳辐射基本特性
2.1.2 太阳天文参数
2.1.3 太阳辐射强度的计算
2.2 非均匀温度场理论
2.2.1 温度场定义
2.2.2 非稳态热传导
2.2.3 对流传热
2.2.4 辐射换热
2.3 本章小结
3 浅层地温监测与地表管道集热试验设计
3.1 试验目的
3.2 试验区地理环境
3.3 试验方案设计
3.3.1 浅层地温监测设计
3.3.2 地表管道传热试验设计
3.4 试验数据结果分析
3.4.1 浅层地温监测分析
3.4.2 地表管道传热分析
3.5 地表管道水温预测模型
3.5.1 建立多元线性回归模型
3.5.2 预测模型验证分析
3.6 本章小结
4 基于Fluent的地表管道温度场数值模拟
4.1 理论基础
4.1.1 ANSYS FLUENT软件
4.1.2 模型的简化及假设
4.1.3 计算模型
4.2 数值模拟过程
4.2.1 考虑管道材质的数值模拟
4.2.2 考虑管道距离地面高度的数值模拟
4.2.3 考虑聚热墙作用的数值模拟
4.2.4 考虑覆盖作用的数值模拟
4.3 计算结果
4.3.1 管道材质的模拟结果
4.3.2 管道距离地面高度的模拟结果
4.3.3 聚热墙作用的模拟结果
4.3.4 覆盖作用的模拟结果
4.4 本章小结
5 跨季节地下水池储热系统设计
5.1 吐鲁番地区概况与农村住宅特征
5.1.1 吐鲁番地区概况
5.1.2 吐鲁番地区农村住宅特征
5.1.3 吐鲁番地区地下水池储热系统的研究意义
5.2 典型农村住宅概况及采暖负荷
5.2.1 建筑概况
5.2.2 DeST-H模拟
5.2.3 建筑采暖负荷分析
5.3 地下水池储热系统设计
5.3.1 储热水池容积及几何尺寸的确定
5.3.2 储热水池保温材料及厚度的确定
5.3.3 储热水池埋深的确定
5.3.4 蓄热及供暖管道进出口位置以及流速的确定
5.4 本章小结
6 基于Fluent的地下水池储热系统模拟研究
6.1 地下水池储热模型建立
6.1.1 物理模型的建立
6.1.2 数学模型的建立
6.1.3 初始条件
6.1.4 边界条件
6.2 FLUENT求解参数设置
6.2.1 材料参数设置
6.2.2 求解参数设置
6.3 不同工况的数值模拟结果
6.3.1 非供暖期储热工况的模拟结果分析
6.3.2 停机期工况的模拟结果分析
6.3.3 供暖期供暖工况的模拟结果分析
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种集中式太阳能集热器集热效率对比研究[J]. 周志华,刘俊伟,黄欣. 建筑节能. 2019(05)
[2]相变蓄热技术应用于采暖的研究现状[J]. 李斯,苑翔,赵飞. 节能. 2019(03)
[3]扰流板太阳能空气集热器的流道优化[J]. 贾斌广,刘芳,王达,张大鹏,韩韬. 化工进展. 2019(02)
[4]兰州太阳能集热器最佳倾角的计算与分析[J]. 赵静,王克振,韩喜莲. 建筑节能. 2019(01)
[5]太阳能蓄热水池传热特性模拟研究[J]. 徐博荣,刘卫,李博峰. 暖通空调. 2018(12)
[6]太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]. 奎明玮,柴向春. 中国新通信. 2018(20)
[7]地热资源及其开发利用[J]. 梁圣建,冯斌,颜廷忠. 环境与发展. 2018(08)
[8]双层中空玻璃盖板太阳能平板集热器集热性能实验测试研究[J]. 刘思宇,赵耀,代彦军. 可再生能源. 2018(08)
[9]中国地热资源潜力评价[J]. 王贵玲,张薇,梁继运,蔺文静,刘志明,王婉丽. 地球学报. 2017(04)
[10]真空管太阳能集热器水温对集热效率的影响[J]. 杨秀,王金标. 建筑热能通风空调. 2016(06)
硕士论文
[1]新疆地区小住宅主被动结合式太阳能采暖系统的应用研究[D]. 武晓伟.石河子大学 2019
[2]季节性水池储热太阳能供暖系统运行调节研究[D]. 吕涟漪.大连理工大学 2018
[3]太阳能跨季节储存地下水箱蓄热特性的模拟研究[D]. 李霞.重庆大学 2017
[4]太阳能与地热能耦合发电系统能源匹配与优化分析[D]. 李君.天津大学 2017
[5]跨季节水池储热太阳能供暖系统能效研究[D]. 李亚丽.大连理工大学 2015
[6]辐射—热—流耦合作用下钢构件及单层网壳结构温度场分析与试验研究[D]. 肖骁.天津大学 2014
[7]太阳辐射作用下大跨结构非均匀温度效应研究[D]. 陈滨滨.天津大学 2014
[8]太阳能供暖室内地下储热系统的散热规律研究[D]. 宋检.辽宁工程技术大学 2014
[9]太阳辐射光谱的测量与应用研究[D]. 王亚吉.南京信息工程大学 2011
本文编号：3199209
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 引言
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 管道集热的国内外研究现状
1.2.2 太阳能蓄热的国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容与方法
1.4 课题研究技术路线图
2 太阳辐射作用下管道集热试验理论基础
2.1 太阳辐射理论
2.1.1 太阳辐射基本特性
2.1.2 太阳天文参数
2.1.3 太阳辐射强度的计算
2.2 非均匀温度场理论
2.2.1 温度场定义
2.2.2 非稳态热传导
2.2.3 对流传热
2.2.4 辐射换热
2.3 本章小结
3 浅层地温监测与地表管道集热试验设计
3.1 试验目的
3.2 试验区地理环境
3.3 试验方案设计
3.3.1 浅层地温监测设计
3.3.2 地表管道传热试验设计
3.4 试验数据结果分析
3.4.1 浅层地温监测分析
3.4.2 地表管道传热分析
3.5 地表管道水温预测模型
3.5.1 建立多元线性回归模型
3.5.2 预测模型验证分析
3.6 本章小结
4 基于Fluent的地表管道温度场数值模拟
4.1 理论基础
4.1.1 ANSYS FLUENT软件
4.1.2 模型的简化及假设
4.1.3 计算模型
4.2 数值模拟过程
4.2.1 考虑管道材质的数值模拟
4.2.2 考虑管道距离地面高度的数值模拟
4.2.3 考虑聚热墙作用的数值模拟
4.2.4 考虑覆盖作用的数值模拟
4.3 计算结果
4.3.1 管道材质的模拟结果
4.3.2 管道距离地面高度的模拟结果
4.3.3 聚热墙作用的模拟结果
4.3.4 覆盖作用的模拟结果
4.4 本章小结
5 跨季节地下水池储热系统设计
5.1 吐鲁番地区概况与农村住宅特征
5.1.1 吐鲁番地区概况
5.1.2 吐鲁番地区农村住宅特征
5.1.3 吐鲁番地区地下水池储热系统的研究意义
5.2 典型农村住宅概况及采暖负荷
5.2.1 建筑概况
5.2.2 DeST-H模拟
5.2.3 建筑采暖负荷分析
5.3 地下水池储热系统设计
5.3.1 储热水池容积及几何尺寸的确定
5.3.2 储热水池保温材料及厚度的确定
5.3.3 储热水池埋深的确定
5.3.4 蓄热及供暖管道进出口位置以及流速的确定
5.4 本章小结
6 基于Fluent的地下水池储热系统模拟研究
6.1 地下水池储热模型建立
6.1.1 物理模型的建立
6.1.2 数学模型的建立
6.1.3 初始条件
6.1.4 边界条件
6.2 FLUENT求解参数设置
6.2.1 材料参数设置
6.2.2 求解参数设置
6.3 不同工况的数值模拟结果
6.3.1 非供暖期储热工况的模拟结果分析
6.3.2 停机期工况的模拟结果分析
6.3.3 供暖期供暖工况的模拟结果分析
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种集中式太阳能集热器集热效率对比研究[J]. 周志华,刘俊伟,黄欣. 建筑节能. 2019(05)
[2]相变蓄热技术应用于采暖的研究现状[J]. 李斯,苑翔,赵飞. 节能. 2019(03)
[3]扰流板太阳能空气集热器的流道优化[J]. 贾斌广,刘芳,王达,张大鹏,韩韬. 化工进展. 2019(02)
[4]兰州太阳能集热器最佳倾角的计算与分析[J]. 赵静,王克振,韩喜莲. 建筑节能. 2019(01)
[5]太阳能蓄热水池传热特性模拟研究[J]. 徐博荣,刘卫,李博峰. 暖通空调. 2018(12)
[6]太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]. 奎明玮,柴向春. 中国新通信. 2018(20)
[7]地热资源及其开发利用[J]. 梁圣建,冯斌,颜廷忠. 环境与发展. 2018(08)
[8]双层中空玻璃盖板太阳能平板集热器集热性能实验测试研究[J]. 刘思宇,赵耀,代彦军. 可再生能源. 2018(08)
[9]中国地热资源潜力评价[J]. 王贵玲,张薇,梁继运,蔺文静,刘志明,王婉丽. 地球学报. 2017(04)
[10]真空管太阳能集热器水温对集热效率的影响[J]. 杨秀,王金标. 建筑热能通风空调. 2016(06)
硕士论文
[1]新疆地区小住宅主被动结合式太阳能采暖系统的应用研究[D]. 武晓伟.石河子大学 2019
[2]季节性水池储热太阳能供暖系统运行调节研究[D]. 吕涟漪.大连理工大学 2018
[3]太阳能跨季节储存地下水箱蓄热特性的模拟研究[D]. 李霞.重庆大学 2017
[4]太阳能与地热能耦合发电系统能源匹配与优化分析[D]. 李君.天津大学 2017
[5]跨季节水池储热太阳能供暖系统能效研究[D]. 李亚丽.大连理工大学 2015
[6]辐射—热—流耦合作用下钢构件及单层网壳结构温度场分析与试验研究[D]. 肖骁.天津大学 2014
[7]太阳辐射作用下大跨结构非均匀温度效应研究[D]. 陈滨滨.天津大学 2014
[8]太阳能供暖室内地下储热系统的散热规律研究[D]. 宋检.辽宁工程技术大学 2014
[9]太阳辐射光谱的测量与应用研究[D]. 王亚吉.南京信息工程大学 2011
本文编号：3199209
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