垂直U型地埋管换热数值模拟及其设计软件开发

论文摘要

目前国内外在土壤源热泵的应用中,都遇到了一个很大的问题,就是土壤源热泵系统的初次安装费用过高,这也是制约这种系统迅速发展的主要因素。钻凿换热孔和铺设U型地埋管的费用在整个土壤源热泵空调系统的投资中所占比例很大,约有三分之一,直接影响了土壤源热泵系统的成本。对土壤温度场和热泵系统精确的计算以及对地埋管合理的设计,不但可以降低土壤源热泵的成本,还能有效增强热泵机组运行的稳定性,从而保证空调系统的运行以及热泵机组的寿命。本文进行了以下四部分的研究工作:第一,根据动量、能量及连续性方程,建立了数值模拟计算的数学及物理传热模型,并验证模型的准确性。第二,利用fluent对建立好的模拟模型进行全年间歇运行工况计算,并对计算结果做必要分析。第三,采用地源热泵设计中通用的分析方法,将土壤分为钻孔内和钻孔外两个部分,根据柱热源模型的原理,并引入G-函数和脉冲负荷概念。最后,根据所建立的数学模型,利用VB6.0编写了适用于冬季工况和夏季工况的计算设计软件,根据实际工程测试数据进行对比,得出误差范围,并在逐日负荷进行工况下对已有工程设计进行计算,得到全年逐日负荷情况下地埋管出水温度的实际值。本文对地埋管换热数值模拟以及设计软件开发的研究,对地源热泵的优化设计和地源热泵的应用发展具有指导意义,希望本文的研究内容能对地源热泵系统设计有所贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 地埋管换热器传热分析方法
• 1.3 地埋管换热器的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内的研究现状
• 1.4 本论文主要研究工作
• 第2章 地埋管热泵系统传热模型的建立
• 2.1 地埋管热泵系统
• 2.2 地埋管换热系统传热过程分析
• 2.3 紊流模型选择
• 2.4 几何模型的建立
• 2.5 数学模型的网格划分
• 2.6 在GAMBIT 和FLUENT 中定义数学模型的条件
• 2.6.1 在GAMBIT 中初步定义边界条件类型
• 2.6.2 在FLUENT 中进一步定义数学模型的条件
• 2.7 传热模型的验证
• 2.8 本章小结
• 第3章 利用fluent 求解间歇工况地下温度场
• 3.1 热泵间歇运行工况下U 型管传热量和土壤温度场数值模拟
• 3.1.1 数学模型说明
• 3.1.2 U 型管热流量随时间的变化
• 3.1.3 土壤温度场随时间的变化
• 3.2 本章小结
• 第4章 地埋管换热系统设计软件开发
• 4.1 传热模型的选择
• 4.1.1 管井内部准三维传热模型
• 4.1.2 管井外部柱热源G-函数模型
• 4.2 设计软件的开发
• 4.2.1 开发工具及开发环境
• 4.2.1.1 开发工具简介
• 4.2.1.2 开发环境
• 4.2.2 软件的设计
• 4.2.2.1 软件的总体设计思路
• 4.2.2.2 计算方法与框图
• 4.2.2.3 程序介绍
• 4.2.2.4 软件的界面设计及通用功能的开发
• 4.2.3 软件的测试
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 附录4
• 附录5
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢