地?zé)釗Q熱器傳熱模型和設(shè)計計算的進(jìn)一步研究

【摘要】： 目前,國家正在全力建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的社會,節(jié)能減排成為一項重要的舉措,地源熱泵這種環(huán)保節(jié)能的新型空調(diào)系統(tǒng)得到了國家的大力扶持。地埋管地源熱泵系統(tǒng)在中國的大規(guī)模推廣應(yīng)用受到三個因素的制約,即初投資較高、地埋管的占地面積以及系統(tǒng)全年冷熱負(fù)荷不平衡的問題。本文就針對初投資較高提出了兩項措施,一是在適當(dāng)?shù)臈l件下采用水平螺旋埋管換熱器代替豎直埋管換熱器,二是在“地?zé)嶂恰庇嬎丬浖幕A(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化地?zé)釗Q熱器的設(shè)計計算方法。 首先,提出了適合工程設(shè)計計算的水平螺旋埋管換熱器的傳熱模型。該模型以無限大介質(zhì)中的一維非穩(wěn)態(tài)傳熱為基礎(chǔ),同時考慮水平埋管密度的影響以及長期平均負(fù)荷和短期脈沖負(fù)荷的不同作用。根據(jù)該傳熱模型編寫應(yīng)用軟件,使用者輸入?yún)?shù)即可計算所需要的埋管容量。在此基礎(chǔ)上討論了主要的設(shè)計參數(shù),如單位面積埋管量和土壤的熱物性對水平螺旋埋管換熱器的影響。結(jié)合一工程實例,計算了在一定的埋管布置形式下埋管的設(shè)計容量,并針對所需要的占地面積、埋管長度、系統(tǒng)的初投資情況和豎直埋管換熱器進(jìn)行了比較。 其次,改進(jìn)“地?zé)嶂恰庇嬎丬浖袑Χ嚆@孔換熱器的設(shè)計計算方法,提高設(shè)計和模擬計算的準(zhǔn)確性。原有的方法采用最不利鉆孔的溫升作為整個換熱器的溫升來計算,對于大型的地埋管換熱器可能造成較大的偏差。本文提出了采用代表性鉆孔代替最不利鉆孔來進(jìn)行設(shè)計計算；提出均方差系數(shù)的概念,討論分析了多個鉆孔換熱器各個鉆孔之間的不平衡性；計算了最不利鉆孔的溫升與換熱器平均溫升的相對差值,闡明了尋找代表性鉆孔的必要性。通過計算多種不同矩陣型布置的地埋管換熱器中各個鉆孔的溫升,找到最有代表性鉆孔的位置,并總結(jié)出一定的規(guī)律,以推廣應(yīng)用于其他更一般的情況。 最后,分析討論了地下水滲流對地埋管換熱器傳熱的影響。當(dāng)?shù)叵滤飨蚺c鉆孔矩陣布置不平行時,通過實現(xiàn)鉆孔區(qū)域溫度場疊加,繪制了已知埋管布置形式在一定流向下的等溫線族,并將其做成隨時間變化的動畫。然后,主要討論了滲流流向、滲流流速、鉆孔間距、鉆孔的排列形式對換熱器平均溫升和鉆孔不平衡性的影響。同時,討論了變負(fù)荷工況下,有地下水滲流的換熱器的溫升,以月為時間間隔,計算了鉆孔壁和循環(huán)液的月平均溫度,分析比較了不同的流速對鉆孔壁和循環(huán)液月平均溫度的影響,并和無滲流情況進(jìn)行了比較。 【關(guān)鍵詞】：地源熱泵 地埋管換熱器 傳熱模型 水平螺旋埋管 代表性鉆孔 地下水滲流
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TU831.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 地源熱泵系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)簡介11-14
• 1.2.1 地源熱泵工作原理11-12
• 1.2.2 地源熱泵分類12-14
• 1.2.3 地埋管布置形式14
• 1.3 水平埋管換熱器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 地下水滲流對地埋管換熱器影響的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.5 本課題研究背景及內(nèi)容18-20
• 1.5.1 研究背景18-19
• 1.5.2 研究內(nèi)容19-20
• 第2章 水平螺旋埋管換熱器的傳熱模型的研究20-34
• 2.1 引言20-21
• 2.2 水平螺旋埋管傳熱模型21-26
• 2.2.1 土壤溫度的分布21-22
• 2.2.2 平面熱源傳熱模型22-23
• 2.2.3 從管內(nèi)流體到熱源平面的傳熱23-25
• 2.2.4 埋管內(nèi)流體的進(jìn)出口極值溫度25
• 2.2.5 負(fù)荷簡化傳熱模型25-26
• 2.3 工程實例分析26-32
• 2.3.1 工程概況26-27
• 2.3.2 計算結(jié)果27-28
• 2.3.3 和豎直鉆孔埋管的比較28
• 2.3.4 參數(shù)的影響分析28-32
• 2.4 本章結(jié)論32-34
• 第3章 地埋管換熱器代表性鉆孔的選擇34-48
• 3.1 引言34-35
• 3.2 鉆孔之間的不平衡性35-39
• 3.2.1 均方差系數(shù)表示不平衡性36-37
• 3.2.2 最不利鉆孔與平均值的差異37-38
• 3.2.3 排布方式對鉆孔不平衡性的影響38-39
• 3.3 代表性鉆孔的選擇39-45
• 3.4 鉆孔間距的影響45-47
• 3.5 結(jié)論47-48
• 第4章 有地下水滲流的地埋管換熱器傳熱模型48-68
• 4.1 引言48
• 4.2 二維數(shù)學(xué)模型48-50
• 4.2.1 溫度解析解48-49
• 4.2.2 鉆孔壁的平均溫度49-50
• 4.3 多鉆孔地埋管換熱器的溫度分布50-53
• 4.4 地埋管換熱器溫升的討論53-56
• 4.4.1 各個鉆孔的溫升53-54
• 4.4.2 滲流流向?qū)厣挠绊?/span>54-55
• 4.4.3 滲流流速對溫升的影響55-56
• 4.4.4 鉆孔間距對溫升的影響56
• 4.5 地下水對鉆孔溫升不平衡性的影響56-58
• 4.6 排列形式的影響58-61
• 4.7 變負(fù)荷工況下的溫度響應(yīng)61-62
• 4.8 使用鉆孔內(nèi)傳熱的模型計算地?zé)釗Q熱器相應(yīng)的出水溫度62-64
• 4.9 計算實例64-67
• 4.10 本章小結(jié)67-68
• 第5章 結(jié)論與展望68-71
• 5.1 結(jié)論68-69
• 5.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74

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