重庆地区U型垂直埋管换热器换热特性研究

摘要

随着经济的发展,能源短缺、环境污染日益严重,节能减排已成为全球关注的焦点。作为一项利用可再生能源,能够降低通风空调系统能源消耗和污染物排放的有效技术,地源热泵应运而生,为我国节能环保研究提供了一个方向。垂直埋管换热器换热特性研究是当前地源热泵技术的重点和难点,以往研究已经取得丰硕成果,但尚有许多制约地源热泵推广应用的问题亟待解决,本文主要针对单、双U型地埋管换热器换热性能的优劣以及双U型地埋管供、回水管间的热短路问题进行研究。本文首先对重庆地区某地源热泵工程进行了现场岩土热物性测试,取得了当地的岩土导热系数和相应埋管条件下的钻孔内热阻值等基础性数据,在此基础上针对单、双U型埋管换热器的换热能力以及100m埋深双U型地埋管换热器在不同保温长度下的换热能力进行了实验研究和数值模拟,探讨了保温长度对换热性能的影响;进而开发了一套辅助设计软件,科学指导地源热泵工程实施。论文的研究表明:双U型埋管换热器中供、回水管间的热量回流现象较单U型埋管换热器严重,双U型地埋管换热器的热短路研究尤为必要;双U型埋管换热器的单位井深换热量较单U型埋管换热器提高约20％—40%,可以大幅度减少系统初投资;双U型埋管换热器回水保温后的单位管长换热量较不保温工况提高约25%—35%,双U型地埋管回水保温可以有效缓解热短路引起的热损失,提高换热器换热性能,因此应尽量对回水管进行保温,且保温长度等于地下埋管换热器饱和换热区和换热区的深度之和。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 地源热泵的概念

1.3 地源热泵的分类及特点

1.3.1 地下水热泵系统

1.3.2 地表水热泵系统

1.3.3 地下耦合热泵系统

1.4 地源热泵在国内外的发展

1.4.1 地源热泵在国外的发展

1.4.2 地源热泵在国内的发展

1.5 课题的提出

1.6 课题的研究内容

1.7 论文结构

2 地埋管换热器传热模型分析

2.1 竖直地埋管换热器传热分析综述

2.2 半经验公式方法

2.2.1 岩土传热热阻计算

2.2.2 供热、供冷运行份额的制定

2.2.3 地埋管换热器钻孔长度计算

2.3 地埋管的数值解模型

2.3.1 紊流简介

2.3.2 紊流的基本方程

2.3.3 k-ε两方程模型

2.3.4 壁面函数

2.3.5 边界条件

2.4 数值计算方法

2.5 模拟软件介绍及地埋管换热器物理模型的建立

2.6 本章小结

3 岩土热物性测试

3.1 测试方法

3.2 测试仪器

3.2.1 “岩土热物性现场测试仪”

3.2.2 测试仪的组成

3.2.3 传感器的标定

3.3 测试方案

3.4 数据处理方法

3.5 测试结果及分析

3.5.1 原始地温的测定

3.5.2 热响应测试结果

3.5.3 地温恢复实验

3.6 本章小结

4 单、双U型地埋管换热性能研究

4.1 单、双U 型地埋管换热性能实验研究

4.1.1 实验原理

4.1.2 实验方案

4.1.3 数据处理

4.1.4 实验结果分析

4.2 单、双U 型地埋管换热性能模拟研究

4.2.1 模拟的假设条件

4.2.2 模拟计算参数及边界条件的设置

4.2.3 模型网格的划分

4.2.4 模拟结果分析

4.3 本章小结

5 双 U 型地埋管换热器热短路分析

5.1 地埋管热短路现象

5.2 双U 型地埋管换热器回水保温模拟分析

5.2.1 连续运行工况

5.2.2 间歇运行工况

5.3 双U 型地埋管换热器回水保温实验研究

5.3.1 实验方案

5.3.2 实验结果分析

5.4 本章小结

6 软件开发

6.1 程序开发平台简介

6.2 程序编制思路

6.3 软件的界面介绍

6.3.1 程序主菜单界面

6.3.2 程序设计界面

6.3.3 程序模拟界面

6.4 程序的功能及输出结果

6.5 软件后续开发建议

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录