地源热泵用分布式土壤热物性测试技术研究

发布时间：2023-03-05 00:29

　　作为一项利用可再生能源的高效节能技术,地源热泵在我国有着较为广泛的应用。地埋管换热器是地源热泵系统的重要组成部分,它的设计合理与否直接影响到整个地源热泵系统的初投资和可靠性。影响地埋管换热器设计的主要因素是土壤热物性参数,这一参数多通过土壤热响应测试获取。现阶段,我国在土壤热物性测试过程中,大多数使用一维换热模型;该模型不考虑地下土壤实际存在的分层特性,同时也忽略地下渗流,在实际工程应用中往往出现热物性测试结果复现性差的问题,阻碍了地源热泵技术在我国的推广应用。本文在均值换热模型的基础上,分别建立竖直U型地埋管分层换热模型和渗流模型,对地埋管周围土壤热物性进行研究。首先根据双参数法编写了分布式土壤热物性测试程序,然后根据土壤的地质情况和渗流情况对地下土壤进行了分层,通过每层进出口水温变化情况拟合分布式土壤热物性参数值。将所求土壤热物性参数值带入ANSYS中建立的分层模型中进行仿真计算,通过比渗流工况与非渗流工况出口温度发现,系统运行48小时后,无渗流工况下分层物性参数与平均物性参数的出口温度相对误差为6.9%;渗流工况下分层土壤热物性参数与平均土壤热物性参数的出口温度相对误差为12.7...

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
1.绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外土壤热物性测试研究现状
        1.2.1 国外土壤热物性测试研究
        1.2.2 国内土壤热物性测试研究
    1.3 地下水渗流研究
    1.4 本文主要研究内容与研究思路
    1.5 本章小结
2.分布式土壤热物性测试方法
    2.1 传统土壤热物性测试法
        2.1.1 无加热循环法初温测量
        2.1.2 线热源传热模型
        2.1.3 斜率法计算土壤热物性参数
    2.2 分布式土壤热物性测试方法
        2.2.1 外置传感器法初温测试
        2.2.2 基于柱热源的土壤分层传热模型
        2.2.3 参数估计法计算分层热物性参数
    2.3 本章小结
3.分层地埋管换热仿真模型
    3.1 地埋管换热器与土壤的传热过程分析
    3.2 地埋管换热器传热控制方程
        3.2.1 管内流体传热控制方程
        3.2.2 多孔介质传热控制方程
    3.3 三维分层换热模型的建立
        3.3.1 模型建立条件假设
        3.3.2 模型建立
        3.3.3 网格的划分及其独立性研究
        3.3.4 边界条件设置
    3.4 模型验证
    3.5 本章小结
4.分布式土壤热物性测试方法仿真研究
    4.1 地埋管换热器系统仿真
        4.1.1 无渗流工况下系统运行仿真
        4.1.2 渗流工况下系统运行仿真
    4.2 土壤热物性的反演计算
        4.2.1 参数估计法反演计算分层土壤热物性
        4.2.2 参数估计法计算平均物性参数
    4.3 分层物性参数与平均物性参数的仿真对比研究
        4.3.1 出口温度对比研究
        4.3.2 换热量的对比研究
        4.3.3 换热器周围土壤温度变化研究
    4.4 本章小结
5.分布式土壤热物性测试方法实例研究
    5.1 实验数据的获取
    5.2 数据处理
        5.2.1 分层土壤热物性参数求解
        5.2.2 平均土壤热物性参数求解
    5.3 测试孔模拟研究
        5.3.1 出口温度研究
        5.3.2 单井换热量研究
    5.4 本章小结
6.结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录 :攻读硕士期间参与的科研项目及研究成果
致谢



本文编号：3755320