热渗耦合作用下土壤源热泵地理管换热器的数值模拟

论文摘要

土壤源热泵是一项以节能和环保为特征的具有发展前景的空调新技术,是国际空调和制冷行业的前沿课题之一。这一技术在国外已走向成熟,但在国内尚处于研究阶段,各项工作正逐步展开,为大力推广土壤源热泵的工程应用打下良好的基础。地下埋管换热器一直是土壤源热泵技术的研究关键,而土壤内部物理现象复杂,地下水渗流是普遍存在的一种。换热器传热性能受地下水渗流的影响,形成热渗耦合传热过程。在多孔介质理论基础上,做出相应简化,建立了热渗耦合作用下的地下埋管换热器的数学模型。采用数值模拟方法,分析了地下水渗流对埋管换热器换热性能的影响。并进一步分析了渗流存在时管内流体流量、土壤渗透率和土壤孔隙率三个与热渗耦合密切相关的参数对换热效果及土壤温度场的影响。土壤热量恢复慢削弱了换热效率,必须给予适当的热恢复时间,间歇运行模式能满足这一要求。比较了连续运行与间歇运行两种模式在冬夏两季的换热性能,并分析了间歇运行时土壤的恢复效果,最后还探讨了系统运行周期内土壤需要的热恢复时间。为土壤源热泵系统的应用提供理论支持与技术储备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外关于土壤源热泵研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 土壤源热泵系统在我国的发展前景
• 1.4 本文工作重点
• 第2章 多孔介质传热与流动理论
• 2.1 土壤的特性简介
• 2.1.1 土壤初始温度
• 2.1.2 土壤内的地下水渗流
• 2.2 多孔介质理论
• 2.2.1 多孔介质的基本参数
• 2.2.2 达西定律
• 2.2.3 多孔介质能量方程
• 2.3 Fluent软件对多孔介质模型的处理
• 2.3.1 多孔介质模型的假设和限制条件
• 2.3.2 Fluent对多孔介质各方程的处理方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 地下埋管换热器传热过程与传热模型
• 3.1 地下埋管换热器传热过程分析
• 3.2 地下埋管换热器传热过程物理模型
• 3.2.1 物理模型的建立
• 3.2.2 等效单管的当量直径
• 3.3 地下埋管换热器传热过程数学模型
• 3.4 模型的边界条件
• 3.5 本章小结
• 第4章 热渗耦合参数对夏季运行特性的影响分析
• 4.1 地下水渗流对换热的影响
• 4.1.1 渗流对换热量的影响
• 4.1.2 渗流对土壤温度场的影响
• 4.2 管内流体流量的变化对换热的影响
• 4.2.1 管内流量变化对换热量的影响
• 4.2.2 管内流量变化对土壤温度场的影响
• 4.3 土壤渗透率对换热的影响
• 4.4 土壤孔隙率对换热的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统运行模式分析
• 5.1 夏季释热工况分析
• 5.1.1 间歇运行与连续运行工况换热效果比较
• 5.1.2 间歇运行与连续运行工况地温比较
• 5.2 冬季取热工况分析
• 5.2.1 间歇运行与连续运行工况换热效果比较
• 5.2.2 间歇运行与连续运行工况地温比较
• 5.2.3 不同间歇运行方式分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢