地?zé)釗Q熱器的傳熱問題研究及其工程應(yīng)用

【摘要】：論文首先對(duì)豎直U 型埋管地?zé)釗Q熱器的傳熱問題進(jìn)行了理論研究,在分析地?zé)釗Q熱器各個(gè)傳熱環(huán)節(jié)熱阻的基礎(chǔ)上,求得了傳熱過程解析解。主要成果有:(1) 求得了有限長線熱源在半無限大介質(zhì)中的瞬態(tài)溫度響應(yīng)解析解。并指出了Eckert 的傳熱學(xué)教科書及一些傳熱手冊(cè)中相關(guān)穩(wěn)態(tài)解中的錯(cuò)誤。(2) 提出了分析豎直埋管地?zé)釗Q熱器鉆孔內(nèi)的傳熱過程的準(zhǔn)三維模型,通過對(duì)U 型埋管兩支管內(nèi)循環(huán)流體的能量平衡方程式的分析與推導(dǎo),求得了該傳熱問題的解析解,得到了計(jì)算U 型管換熱器中流體溫度沿深度變化的解析表達(dá)式,給出了鉆孔內(nèi)熱阻的解析表達(dá)式。(3) 利用求解導(dǎo)熱問題的格林函數(shù)法和移動(dòng)熱源等分析方法,導(dǎo)得了有均勻滲流的無限大介質(zhì)中線熱源引起的溫度響應(yīng)。 這些解析解清晰地揭示了地下傳熱過程中各影響因素的定量關(guān)系,可以直接應(yīng)用于地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)和模擬計(jì)算,有效地促進(jìn)了基于系列解析解和疊加原理的傳熱研究方法的發(fā)展。 論文第二部分工作是地?zé)釗Q熱器理論研究成果的工程應(yīng)用。主要成果是:(1) 在單個(gè)鉆孔傳熱分析的基礎(chǔ)上利用疊加原理,解決了實(shí)際工程中地?zé)釗Q熱器由多個(gè)鉆孔組成、換熱負(fù)荷變化、系統(tǒng)間歇運(yùn)行等實(shí)際問題,建立了U 型埋管地?zé)釗Q熱器計(jì)算方法,并將該方法與國外同類設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。(2) 利用提出的新方法,進(jìn)行了多個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)與安裝。(3) 對(duì)實(shí)際工程的地?zé)釗Q熱器運(yùn)行工況進(jìn)行了較長時(shí)間的測(cè)試。 實(shí)際工程測(cè)試結(jié)果以及與國外同類地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)方法的對(duì)比結(jié)果均證明:基于理論研究成果建立的U 型埋管地?zé)釗Q熱器的計(jì)算方法,計(jì)算模型更接近工程實(shí)際,計(jì)算結(jié)果更趨合理,便于設(shè)計(jì)優(yōu)化及動(dòng)態(tài)模擬,可計(jì)算的時(shí)間跨度長,空間區(qū)域大。 論文第三部分工作是建立了單U 型埋管換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)理論研究成果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別進(jìn)行了無滲流和有滲流的U 型埋管換熱實(shí)驗(yàn)。研究中得到的U 型埋管傳熱模型解析解所揭示的傳熱規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中得到了較好的驗(yàn)證。 【關(guān)鍵詞】：傳熱 地源熱泵 地?zé)釗Q熱器 暖通空調(diào) 熱阻
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TK172
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT (英文摘要)4-10
• 主要符號(hào)表10-12
• 第一章 引言12-27
• 1.1 課題背景12-18
• 1.1.1 熱泵與建筑供熱空調(diào)12-13
• 1.1.2 空調(diào)用熱泵的分類13-16
• 1.1.3 地源熱泵技術(shù)分析16-18
• 1.2 地源熱泵技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.1 國外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.2 國內(nèi)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀20-22
• 1.3 本文研究的內(nèi)容及其意義22-25
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.3.2 研究的理論意義與應(yīng)用價(jià)值24-25
• 1.4 本文研究的技術(shù)路線與擬解決的主要問題25-27
• 1.4.1 研究的技術(shù)路線25-26
• 1.4.2 擬解決的主要問題26-27
• 第二章 鉆孔外的傳熱模型27-47
• 2.1 無限長線熱源模型27-30
• 2.1.1 概述27
• 2.1.2 傳熱模型及解27-29
• 2.1.3 解的討論29-30
• 2.2 有限長線熱源模型30-43
• 2.2.1 鉆孔外瞬變溫度場(chǎng)30-33
• 2.2.2 鉆孔外穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)33-38
• 2.2.3 鉆孔壁溫度計(jì)算及其影響因素分析38-43
• 2.3 有限長線熱源與無限長線熱源模型的比較43-45
• 2.4 小結(jié)45-47
• 第三章 鉆孔內(nèi)的傳熱模型47-68
• 3.1 一維導(dǎo)熱模型47-48
• 3.2 二維導(dǎo)熱模型48-55
• 3.2.1 熱流與溫度場(chǎng)的關(guān)系48-52
• 3.2.2 復(fù)合區(qū)域內(nèi)的線熱源解52-53
• 3.2.3 結(jié)果分析53-55
• 3.3 準(zhǔn)三維傳熱模型55-63
• 3.3.1 單U 型埋管換熱器55-57
• 3.3.2 雙U 型埋管換熱器57-60
• 3.3.3 單、雙U 型埋管及其不同行程布置對(duì)傳熱的影響60-63
• 3.4 U 型埋管換熱器的效能63-66
• 3.4.1 U 型埋管換熱器效能的定義與計(jì)算63-65
• 3.4.2 影響地?zé)釗Q熱器效能的因素65
• 3.4.3 效能概念在地?zé)釗Q熱器計(jì)算中的應(yīng)用65-66
• 3.5 小結(jié)66-68
• 第四章 有滲流時(shí)地?zé)釗Q熱器的溫度響應(yīng)68-81
• 4.1 概述68-69
• 4.2 數(shù)學(xué)模型及解69-75
• 4.2.1 多孔介質(zhì)中有滲流時(shí)的能量方程69-70
• 4.2.2 移動(dòng)熱源問題70
• 4.2.3 無限長線熱源在均勻滲流中的溫度場(chǎng)70-72
• 4.2.4 有限長線熱源在均勻滲流中的溫度響應(yīng)72-75
• 4.3 計(jì)算結(jié)果及分析75-80
• 4.3.1 滲流對(duì)地?zé)釗Q熱器溫度場(chǎng)的影響75-76
• 4.3.2 線熱源周向上的任一點(diǎn)溫度及其平均溫度76-78
• 4.3.3 有滲流時(shí)溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間78-79
• 4.3.4 滲流對(duì)多個(gè)鉆孔U 型埋管換熱器的影響79-80
• 4.4 小結(jié)80-81
• 第五章 單U 型埋管換熱的實(shí)驗(yàn)研究81-90
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>81
• 5.2 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)試系統(tǒng)81-84
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置81-83
• 5.2.2 測(cè)試系統(tǒng)83-84
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析84-89
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)過程84-85
• 5.3.2 無滲流實(shí)驗(yàn)85-87
• 5.3.3 有滲流實(shí)驗(yàn)87-89
• 5.4 小結(jié)89-90
• 第六章 地?zé)釗Q熱器傳熱分析的工程應(yīng)用90-112
• 6.1 地?zé)釗Q熱器的計(jì)算方法90-96
• 6.1.1 單U 型埋管傳熱模擬90-91
• 6.1.2 疊加模型91-92
• 6.1.3 計(jì)算方法與框圖92-94
• 6.1.4 與現(xiàn)有地?zé)釗Q熱器計(jì)算方法的比較94-96
• 6.2 地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)96-104
• 6.2.1 影響地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)的主要因素96-99
• 6.2.2 設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作99-100
• 6.2.3 設(shè)計(jì)工程實(shí)例100-104
• 6.3 地?zé)釗Q熱器的安裝104-106
• 6.3.1 放線、鉆孔104
• 6.3.2 U 型管現(xiàn)場(chǎng)組裝、試壓與清洗104
• 6.3.3 下管與二次試壓104-105
• 6.3.4 灌漿封孔與土壤熱物性測(cè)定105
• 6.3.5 挖槽、安裝分集水器105-106
• 6.4 地?zé)釗Q熱器的運(yùn)行測(cè)試106-111
• 6.4.1 測(cè)試目的與方法106-107
• 6.4.2 測(cè)試系統(tǒng)與裝置107-108
• 6.4.3 測(cè)試結(jié)果與分析108-111
• 6.5 小結(jié)111-112
• 第七章 結(jié)論112-114
• 參考文獻(xiàn)114-120
• 致謝及聲明120-121
• 附錄121-126
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的論文126-128

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