竖直U型管地源热泵新型回填工艺的研究

论文摘要

在我国能源消耗快速增长和国际能源局势日益紧张的背景下,我国提出了节能减排的政策。地源热泵作为一种节能技术,因此被大力推广与应用。然而在实际运用中围绕着如何提高地源热泵单位井深换热量,以便更好的达到节能减排的目的,人们仍在不断的进行各种研究。本文就如何减轻竖直U型地埋管换热器两支管间的热短路损失,以提高地源热泵的单位井深换热量进行了研究。本文采用了数值模拟的方法,运用GAMBIT软件分别建立了竖直U型地埋管换热器钻孔内在u型管两支管间有隔热板和无隔热板两种情况的几何模型,并通过FLUENT软件对模型进行了模拟计算。以相似性理论为基础,建立了模型试验台,验证了数值模拟的可靠性。本文的模型分别模拟出了夏季排热工况和冬季吸热工况下,有隔热板和无隔热板的竖直U型地埋管换热器出口断面的平均水温,并由此得出有隔热板的竖直U型地埋管换热器的换热能力较无隔热板的竖直U型地埋管换热器的换热能力在夏季排热工况下和冬季吸热工况下分别提高了2.74%和3.0%。通过对隔热板设置不同的导热系数进行模拟,得出了在国家定义绝热材料导热系数的范围内改变隔热板的导热系数对竖直U地埋管换热器换热性能的影响非常小。本文旨在通过减小u型管两支管间热短路损失,以达到增加竖直u型地埋管换热器单位井深换热量,即提高竖直U型地埋管换热器的换热能力的目的。为地源热泵技术在我国能够更好的推广应用提供一些理论依据和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 地源热泵系统的分类及特点
• 1.3 国内外对地源热泵技术的研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 本课题的主要工作
• 第2章 竖直U型地埋管换热器传热模型的理论分析
• 2.1 竖直U型地埋管换热器传热问题概述
• 2.2 钻孔内的传热分析
• 2.2.1 钻孔内的一维导热模型
• 2.2.2 钻孔内的二维导热模型
• 2.2.3 钻孔内的准三维导热模型
• 2.2.4 钻孔内加隔热板的准三维导热模型
• 2.3 钻孔外的传热分析
• 2.3.1 钻孔外的一维导热模型
• 2.3.2 钻孔外的二维有限长线热源模型
• 第3章 竖直U型地埋管换热器有,无隔热板时传热的数值模拟
• 3.1 控制方程的建立
• 3.2 模型的简化
• 3.3 应用GAMBIT建立的数学模型
• 3.3.1 模型的建立
• 3.3.2 网格的划分
• 3.3.3 边界类型的设义
• 3.4 应用FLUENT求解模型
• 3.4.1 湍流模型的选择
• 3.4.2 边界条件及材料性质的设定
• 3.4.3 时间步长的设定
• 3.5 模拟结果展示
• 第4章 竖直U型地埋管换热器的模型试验台
• 4.1 模型试验的设计原理
• 4.1.1 模型试验在对流传热上的应用
• 4.1.2 模型试验系统相似准则的推导
• 4.2 模型试验台的搭建
• 4.2.1 试验台的系统组成原
• 4.2.2 试验台的原理图
• 4.2.3 试验台尺寸和部件的确定
• 4.2.4 模型试验各项参数的确定
• 第5章 竖直U型地埋管换热器有,无隔热板的传热性能分析
• 5.1 热短路的影响因素
• 5.1.1 流速的影响
• 5.1.2 管间距的影响
• 5.1.3 回填材料的影响
• 5.2 数学模型的验证
• 5.3 有无隔热板竖直U型地埋管换热器的传热性能比较
• 5.3.1 夏季排热工况下有无隔热板竖直U型地埋管换热器传热性能的对比
• 5.3.2 冬季吸热工况下有无隔热板竖直U型地埋管换热器传热性能的对比
• 5.3.3 不同导热系数的隔热板对竖直U型地埋管换热器换热的影响
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 研究生期间发表论文
• 致谢