竖直套管式地埋管非稳态传热实验与模拟研究

发布时间：2023-04-05 18:11

　　化石燃料的大量消耗给当今环境造成了很大污染,作为可再生能源之一,浅层地热能因此得到了广泛的应用。地源热泵作为一种有效的技术手段,在浅层地热能利用方面扮演着重要的角色。其中,地埋管换热器传热性能的好坏直接决定了地源热泵运行的高效性和稳定性。目前针对地埋管换热器的研究大多集中于U型地埋管换热器。相比之下,竖直套管式地埋管换热器具有结构简单、充分利用钻孔资源以及换热量大等优势,而正得到逐渐的认识和应用。但目前针对竖直套管式地埋管换热器传热性能的实验与数值模拟研究相对较少。为此,本文搭建了砂箱实验台以及建立了三维竖直套管式地埋管数理模型,通过实验和数值模拟两种方法研究了竖直套管式地埋管换热器及其周围土壤的非稳态传热特性,以期望为竖直套管式地埋管换热器的应用和认知提供理论依据和具体指导。本文首先搭建了竖直套管式地埋管传热特性砂箱实验台,实验研究了竖直套管式地埋管非稳态传热特性,分析了流体进口水温、进口流量及蓄取热运行模式等因素对竖直套管式地埋管及其周围土壤传热特性的影响,获得了竖直套管式地埋管周围土壤温度、单位井深换热量以及平均传热系数的变化规律。实验研究结果表明:在满足地埋管材质温度变形范围内...

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及现状
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 竖直地埋管换热器研究现状
        1.1.3 地埋管换热器传热模型研究
        1.1.4 研究现状总结
    1.2 研究内容
        1.2.1 主要研究内容
        1.2.2 研究方法及技术路线
2 竖直套管式地埋管换热器传热特性实验系统搭建
    2.1 实验台系统的组成
        2.1.1 能量供给系统
        2.1.2 储热装置
        2.1.3 竖直套管式地埋管
        2.1.4 实验附属装置
        2.1.5 实验流程
    2.2 实验数据处理
    2.3 本章小结
3 竖直套管式地埋管换热器传热特性的实验研究
    3.1 实验参数的设定
    3.2 实验数据分析
        3.2.1 蓄热工况下竖直套管式地埋管换热器传热特性研究
        3.2.2 取热工况下竖直套管式地埋管换热器传热特性研究
        3.2.3 蓄/取热交替工况下竖直套管式地埋管换热器传热特性研究
    3.3 本章小结
4 竖直套管式地埋管换热器传热特性三维模型建立
    4.1 竖直套管式地埋管换热器及周围土壤传热特性模型的建立
        4.1.1 物理模型的建立
        4.1.2 数学模型的建立
    4.2 计算参数的设定
    4.3 计算步骤
    4.4 数理模型的实验验证
    4.5 本章小结
5 竖直套管式地埋管换热器传热特性的模拟研究
    5.1 不同影响因素的条件设定
    5.2 不同因素对竖直套管式地埋管换热器单位井深换热量的影响
    5.3 不同因素对竖直套管式地埋管换热器能效系数的影响
    5.4 不同因素对竖直套管式地埋管换热器热短路现象的影响
    5.5 不同因素对竖直套管式地埋管换热器周围土壤温度的影响
    5.6 渗流对竖直套管式地埋管换热器传热特性的影响
        5.6.1 地下水渗流传热数学模型
        5.6.2 初始条件及边界条件
        5.6.3 模拟数据分析
    5.7 本章小结
结论及展望
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：3783882