太陽能地下混凝土存取熱試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

【摘要】：熱能是現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中最重要的能源之一,但太陽能和工業(yè)余熱、廢熱等都存在著間歇性和穩(wěn)定性差的特點(diǎn),從而導(dǎo)致了在一定程度上無法有效的加以利用。針對這一問題,本文建立了太陽能地下混凝土存取熱試驗(yàn)平臺,通過地下混凝土樁存儲太陽能熱,利用熱泵來取熱,并對存取熱過程中,地下混凝土樁及其周圍土壤溫度場的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。 本文首先在混凝土儲熱樁的基礎(chǔ)上,結(jié)合聚焦式同步跟蹤太陽能集熱系統(tǒng)和熱泵取熱系統(tǒng),建立了太陽能地下混凝土存取熱試驗(yàn)平臺,并研究了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。然后,利用有限元軟件ANSYS建立了地下混凝土樁內(nèi)埋管換熱器的瞬態(tài)傳熱模型,對混凝土樁內(nèi)埋管換熱器與混凝土的換熱進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了不同工況下地下溫度場的變化和埋管換熱器的熱作用半徑；研究了間斷取熱模式、連續(xù)取熱模式、不同混凝土熱物性、不同熱流密度、不同埋管間距對混凝土存取熱效果的影響。最后,通過太陽能地下混凝土儲熱和取熱試驗(yàn),對比分析不同工況下地下溫度場的變化規(guī)律,對模型進(jìn)行驗(yàn)證,并計算了太陽能集熱效率及不同取熱工況下混凝土樁的取熱效率等。 本文的研究為太陽能的存儲提供了一種新的思路,太陽能地下混凝土存取熱技術(shù)不僅可以充分利用地下空間,而且還能有效降低環(huán)境污染和二氧化碳的排放,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 地下混凝土樁 溫度場 取熱模式
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TK512
【目錄】：

• 提要4-5
• 中文摘要5-8
• Abstract8-14
• 第1章 緒論14-26
• 1.1 論文研究的背景和意義14-17
• 1.1.1 論文研究的背景14-15
• 1.1.2 論文研究的目的和意義15-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 太陽能地下存取熱的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.2 地下混凝土蓄能樁的研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容23-26
• 1.3.1 太陽熱能利用中亟待解決的問題23-24
• 1.3.2 本文主要研究內(nèi)容24-26
• 第2章 太陽能地下混凝土存取熱試驗(yàn)臺的建立26-42
• 2.1 試驗(yàn)臺概況和功能設(shè)計要求26-27
• 2.2 試驗(yàn)臺系統(tǒng)組成27-36
• 2.2.1 試驗(yàn)臺的組成27-28
• 2.2.2 同步跟蹤太陽能集熱系統(tǒng)28-30
• 2.2.3 地下混凝土蓄能系統(tǒng)30-34
• 2.2.4 熱泵取熱系統(tǒng)34-36
• 2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)36-39
• 2.3.1 溫度傳感器36-37
• 2.3.2 電磁流量計37-38
• 2.3.3 數(shù)據(jù)采集和存儲儀器38-39
• 2.4 自動控制系統(tǒng)39-41
• 2.4.1 太陽能集熱器控制系統(tǒng)39-40
• 2.4.2 熱泵控制系統(tǒng)40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第3章 太陽能地下混凝土蓄熱特性42-56
• 3.1 太陽能輻射強(qiáng)度計算42-49
• 3.1.1 計算相關(guān)太陽角度42-45
• 3.1.2 太陽能總輻射強(qiáng)度45-49
• 3.2 太陽能集熱器的理論分析49-50
• 3.2.1 太陽能集熱器能量平衡方程49-50
• 3.2.2 太陽能集熱器的集熱效率50
• 3.3 混凝土熱物性參數(shù)50-52
• 3.3.1 混凝土的比熱容50-51
• 3.3.2 混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)51
• 3.3.3 混凝土的熱擴(kuò)散率51-52
• 3.4 埋管換熱器換熱過程分析52-54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 第4章 太陽能地下混凝土存取熱過程的數(shù)值模擬56-84
• 4.1 埋管換熱器的傳熱模型56-62
• 4.1.1 線熱源解析模型56-58
• 4.1.2 柱源解析模型58-60
• 4.1.3 數(shù)值解傳熱模型60-62
• 4.2 有限元法在傳熱分析中的應(yīng)用62-68
• 4.2.1 傳熱學(xué)的基本原理62-66
• 4.2.2 傳熱分析中的有限元法66-68
• 4.3 埋管換熱器傳熱模型的建立68-71
• 4.3.1 模型假設(shè)條件68-69
• 4.3.2 物理模型69
• 4.3.3 數(shù)學(xué)模型69-70
• 4.3.4 傳熱初始條件和邊界條件70
• 4.3.5 選擇單元模型及網(wǎng)格劃分70-71
• 4.4 模擬結(jié)果與分析71-82
• 4.4.1 混凝土蓄熱階段地下溫度場變化72-74
• 4.4.2 取熱模式對地下溫度場的影響74-77
• 4.4.3 熱流密度對地下溫度場的影響77-78
• 4.4.4 混凝土導(dǎo)熱系數(shù)對地下溫度場的影響78-79
• 4.4.5 混凝土比熱容對地下溫度場的影響79-80
• 4.4.6 埋管間距對地下溫度場的影響80-82
• 4.5 本章小結(jié)82-84
• 第5章 太陽能地下存取熱試驗(yàn)84-104
• 5.1 太陽能集熱器集熱效率測試84-86
• 5.2 太陽能地下混凝土樁儲熱試驗(yàn)86-93
• 5.2.1 試驗(yàn)過程概述86-87
• 5.2.2 地下初始溫度測量87-88
• 5.2.3 地下溫度場分析88-93
• 5.2.4 儲熱量的計算93
• 5.3 地下混凝土樁取熱試驗(yàn)93-102
• 5.3.1 連續(xù)取熱工況地下溫度場分析94-98
• 5.3.2 間歇取熱工況地下溫度場分析98-100
• 5.3.3 兩種取熱工況對比分析100-102
• 5.4 本章小結(jié)102-104
• 第6章 結(jié)論與展望104-108
• 6.1 結(jié)論104-105
• 6.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)105
• 6.3 展望105-108
• 參考文獻(xiàn)108-116
• 附錄116-120
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的科研成果120-122
• 致謝122

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土體導(dǎo)熱系數(shù)的評價與計算    劉為民,何平,張釗

含鹽土導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)研究    鄧友生,何平,周成林

青藏高原北麓河地區(qū)原狀多年凍土導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)研究    溫智,盛煜,馬巍,鄧友生,吳基春

立井凍結(jié)法鑿井工程中的熱工計算    李述訓(xùn)

土壤熱源熱泵系統(tǒng)垂直U形埋地?fù)Q熱器傳熱過程及合理間距的分析    周亞素,張旭,陳沛霖

凍結(jié)溫度場的疊加計算與計算機(jī)方法    汪仁和,李曉軍

地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道和泵站的水平凍結(jié)施工    馬玉峰,蘇立凡,徐兵壯,汪崇鮮

一種農(nóng)用車輛液力緩速器外殼的散熱性能數(shù)值模擬    何劍飛;李長友;楊素平;曹玉華;

河南礦井凍結(jié)法鑿井施工回顧與展望    黃德發(fā);趙社邦;鄧文芳;

人工地層凍結(jié)凍土帷幕形成與解凍規(guī)律研究    肖朝昀

地下混凝土儲熱樁熱能存儲試驗(yàn)與研究    李守圣

嚴(yán)寒地區(qū)季節(jié)性自然冷源土壤蓄冷應(yīng)用基礎(chǔ)研究    楊濤

凍土墻圍護(hù)深基坑溫度場和應(yīng)力場耦合有限元分析    李寶花

超長混凝土建筑結(jié)構(gòu)溫度響應(yīng)的研究    來春景

任意凍結(jié)管分布下凍土溫度場計算方法研究    毛良根

大型水泥熟料筒倉結(jié)構(gòu)工作應(yīng)力試驗(yàn)及有限元分析    邢立新

混凝土表面自然對流換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究    張建榮;劉照球;劉文燕;

相變儲熱材料的種類、應(yīng)用及展望    王志強(qiáng),曹明禮,龔安華,蘇青青

太陽能沸石儲熱技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究    張建國,陳永昌,林宏佐

高溫熔鹽相變蓄熱系統(tǒng)的數(shù)值模擬    邢玉明,崔海亭,袁修干

相變儲熱材料應(yīng)用研究進(jìn)展    李金

蓄熱材料的研究進(jìn)展    吳會軍;朱冬生;李軍;王春華;程軍;

利用膨脹珍珠巖制備輕質(zhì)礦物聚合材料的實(shí)驗(yàn)研究    馮武威,馬鴻文,王剛,丁秋霞

土壤熱源熱泵系統(tǒng)垂直U形埋地?fù)Q熱器傳熱過程及合理間距的分析    周亞素,張旭,陳沛霖

利用鉀長石尾礦制備礦物聚合材料的實(shí)驗(yàn)研究    馬鴻文,凌發(fā)科,楊靜,王剛

長春地區(qū)地表溫度日變、年變對地溫測量的影響    陳曉冬;金旭;管彥武;石卓;高藝;

太陽能跨季節(jié)儲熱建筑供熱系統(tǒng)及土壤儲熱實(shí)驗(yàn)分析    王恩宇;齊承英;楊華;張慧川;呂延松;

相變儲熱型熱泵熱水器的理論與實(shí)驗(yàn)研究    張海峰

西北高寒地區(qū)太陽能儲熱系統(tǒng)的研究    蘆潮

SiO_2-Al_2O_3-Na_2O-H_2O體系石英基礦物聚合材料的制備實(shí)驗(yàn)研究    蘇玉柱

地下混凝土連續(xù)墻施工技改項(xiàng)目實(shí)施成功    沙蒙生,周新標(biāo)

半地下混凝土箱形結(jié)構(gòu)的越冬溫度裂縫及防護(hù)    邱玉深

地下鉆孔樁施工工藝綜述    趙云福,馬寶杰

地下混凝土工程綜合防水防裂的施工    馬濤,譚濤

淺談地下結(jié)構(gòu)裂縫滲漏處理    李桂英;

地下混凝土施工的簡述    董文龍;

太陽能反滲透裝置    蔡雪彬;

太陽能熱泵系統(tǒng)的熱力學(xué)分析和經(jīng)濟(jì)評價    涂敏端;

太陽能技術(shù)與建筑整合一體化設(shè)計的思考    袁瑩 ,肖璽

中國建設(shè)動態(tài)(陽光能源)全年總目次    

太陽能地下混凝土樁蓄熱過程的數(shù)值模擬    孫友宏;王慶華;趙研;

地下混凝土構(gòu)建筑物引起病害原因及治理思路的探討    邱小佩;楊洋;

熱泵太陽能智能化集成供熱系統(tǒng)研究與應(yīng)用    盛海;劉軍;韓臨曦;

太陽能——地源熱泵聯(lián)合供暖運(yùn)行模式的研究    孫禎;陳威;楊瑞;

太陽能與污水源熱泵集成系統(tǒng)的應(yīng)用    王靜;

淺談太陽能-熱泵熱水系統(tǒng)    張瀟;馬新發(fā);

太陽能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方式的研究    馮曉梅;張昕宇;鄒瑜;鄭瑞澄;張輝;

提高地下工程結(jié)構(gòu)自防水質(zhì)量的幾點(diǎn)意見    黃瀾濤;馬馳;

世界首個“集成光伏技術(shù)”太陽能系統(tǒng)在以色列落成    

太陽能海水淡化裝置的發(fā)展概況    馬樂;華舟萍;康彥青;

北京太陽能應(yīng)用喜憂參半    

太陽能熱水器行業(yè)洗牌迫在眉睫    華訊

不漏過一絲陽光    本報記者 馮衛(wèi)東　張巍巍

房企擁抱“陽光”產(chǎn)業(yè)進(jìn)行時    馬琳

全球最大太陽能空調(diào)在津啟用    記者　卞建國 通訊員　大山實(shí)習(xí)生 徐建昭

巨資打造“陽光美國”    馬小寧

海爾太陽能產(chǎn)品服務(wù)奧運(yùn)場館    楊二

與日競走夸父窺虞淵 能源再生唯尊日利達(dá)    聶開彬梁紅波

太陽能與建筑期待“親密約會”    任歡歡

家庭開發(fā)太陽能電緣何無人收購    殷正明 郁文艷

太陽能地下混凝土存取熱試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    趙研

地下混凝土儲熱樁熱能存儲試驗(yàn)與研究    李守圣

太陽能相變蓄熱供暖系統(tǒng)理論及實(shí)驗(yàn)研究    李志永

高層住宅太陽能熱水系統(tǒng)一體化設(shè)計研究    杜曉輝

臨海復(fù)雜地質(zhì)大體積地下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)    肖范

地下混凝土儲熱樁保溫結(jié)構(gòu)的研究    黃晟輝

太陽能—熱泵供暖系統(tǒng)集成研究    李潔

跨季節(jié)太陽能水箱蓄熱供暖系統(tǒng)的計算與研究    王麗

太陽能—地能雙熱源復(fù)合式熱泵性能研究    崔四齊

新疆地區(qū)太陽能地源熱泵聯(lián)合應(yīng)用研究    張軍

山西省太陽能系統(tǒng)與建筑一體化初探    吳琛

太陽能—空氣源雙源一體式熱泵系統(tǒng)研究    卜其輝

太陽能輔助熱泵就倉干燥研究與應(yīng)用    李海峰

寒冷地區(qū)太陽能—空氣源熱泵系統(tǒng)研究    吳啟任