地熱井下?lián)Q熱器—熱泵聯(lián)合使用機理研究

【摘要】：地熱能作為一種新能源,具有分布廣、成本低、易于開采、潔凈及可直接利用等優(yōu)點。地埋管地源熱泵系統(tǒng)和抽灌式地下水地源熱泵系統(tǒng)是國內(nèi)現(xiàn)有的兩種主要地熱利用模式,其以導熱為主的傳熱模式以及土壤導熱系數(shù)較低等物性特點決定了地埋管地源熱泵系統(tǒng)的單井取熱量很有限。另外,抽灌式地下水地源熱泵系統(tǒng)的回灌量取決于地層的實際條件,若地熱水被大量抽取且不能得到及時補充,其原始平衡將被破壞,會造成地下水位下降,甚至引起地面下沉。上述兩種地熱利用模式都有自身的局限性,開采新的地熱利用模式成為推廣地熱利用的必要途徑。地熱井下?lián)Q熱器是一種只取熱不取水的地熱利用裝置,兼有不破壞地下環(huán)境及換熱效率較高的優(yōu)點。另外,我國地熱資源主要以中低溫為主,為了彌補地熱熱儲溫度較低的缺陷,本文提出并研究了地熱井下?lián)Q熱器與熱泵聯(lián)合供熱的地熱利用新模式。 本文首先建立了井下?lián)Q熱器系統(tǒng)的導熱模型。模型把原始地層溫度剖面劃分為兩部分,即井壁內(nèi)的純流體區(qū)及井壁外側的多孔介質(zhì)區(qū),模型考慮了井下?lián)Q熱器進出水管間的導熱,通過建立一維穩(wěn)態(tài)導熱微分方程組和邊界條件,理論求解了進出水管內(nèi)水溫隨深度變化的函數(shù)關系,再通過編程獲得理論計算結果。 本文利用實驗室模擬條件下得到的井下?lián)Q熱器傳熱性能數(shù)據(jù),對井下?lián)Q熱器供熱系統(tǒng)的熱力學參數(shù)進行了理論分析研究,包括有、無熱泵,以及末端設備分別為風機盤管和普通散熱器組合下的四種情況。通過建立熱力模型,改變主要設計與運行參數(shù),編程計算,得到了不同設計和運行參數(shù)對供熱回路中各點溫度和采暖熱負荷的影響,擬合并分析曲線走勢。 在河北省沙城建立了一套地熱井下?lián)Q熱器—熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)和試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并對一個冬季的供熱試驗數(shù)據(jù)進行了整理分析,通過對比范圍分析本次試驗數(shù)據(jù)與導熱理論模型數(shù)據(jù)的結果表明,井下?lián)Q熱器取熱量的絕大部分歸功于井下?lián)Q熱器內(nèi)的自然對流;最后,通過試驗采集數(shù)據(jù),整理出了一組實際地熱井下?lián)Q熱器傳熱性能的準則關聯(lián)式。 【關鍵詞】：地熱 井下?lián)Q熱器 熱泵 自然對流 供熱
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK523
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 課題研究背景及意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外井下?lián)Q熱器系統(tǒng)研究及利用現(xiàn)狀10-13
• 1.3 本課題的主要任務13-14
• 1.3.1 課題的前期工作概述13-14
• 1.3.2 本論文主要研究內(nèi)容14
• 1.4 本章小結14-15
• 第二章 井下?lián)Q熱器導熱取熱模型15-29
• 2.1 導熱模型建立15-20
• 2.2 理論數(shù)據(jù)分析20-26
• 2.3 井壁內(nèi)不同填料對取熱影響26-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第三章 井下?lián)Q熱器—熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供熱熱力分析29-45
• 3.1 井下?lián)Q熱器—熱泵系統(tǒng)工作原理29-30
• 3.2 風機盤管作為末端設備的熱力分析30-38
• 3.2.1 風機盤管熱流量30-33
• 3.2.2 模型建立33-35
• 3.2.3 給定設計參數(shù)35-38
• 3.3 普通散熱器作為末端設備的熱力分析38-43
• 3.3.1 模型建立38-39
• 3.3.2 給定設計參數(shù)39-43
• 3.4 程序框架43-44
• 3.5 本章小結44-45
• 第四章 井下?lián)Q熱器—熱泵系統(tǒng)供熱設計及試驗研究45-55
• 4.1 換熱器類型45-46
• 4.2 塑料管換熱器試驗系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)處理46-48
• 4.3 銅管換熱器試驗系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)處理48-50
• 4.4 供熱系統(tǒng)組成50-53
• 4.5 試驗誤差分析53-54
• 4.6 本章小結54-55
• 第五章 井下?lián)Q熱器傳熱性能研究55-61
• 5.1 傳熱性能影響因素55-56
• 5.2 穩(wěn)態(tài)條件下自然對流準則方程式56-58
• 5.3 Nusselt 數(shù)對比分析58-60
• 5.4 本章小結60-61
• 第六章 結論與展望61-63
• 6.1 結論61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明66-67
• 致謝67

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