湖水源热泵系统温排水及承载能力的研究

摘要

可持续发展和节能环保是全球发展的趋势，开发利用可再生清洁能源是现阶段重点研究课题。地表水源热泵技术的低位热源是地表水体，是一种节能、高效并且环保的绿色技术，具有十分广阔的发展前景。随着研究的展开，地表水源热泵空调系统发展十分迅速。与此同时，系统运行过程中的温排水排入受纳水体，会给水体环境造成热污染。湖泊、水库、池塘等水体由于流动性弱，生态环境相对来说更脆弱，温排水的影响会更为明显，严重者可能会导致水环境严重恶化，水生物死亡等后果。且水体温度上升也会影响机组系统的运行效率，降低系统的节能性。所以，研究系统温排水热扩散后湖体温度场分布，从而研宄水体对负荷的承载能力，对保护水体生态环境、保证热泵机组运行的节能性与高效性具有很重要的现实意义。
　　本文以福州某湖水源热泵工程为研究对象，对湖水源热泵系统的温排水热扩散进行了研究。分析了湖水源热泵系统的应用形式及特点，对水质的要求及处理方法;根据气象、水资源条件、工程特点确定了水体温度模型的边界条件;基于能量守恒、动量守恒原理，结合K-ε模型、壁面函数法等理论建立了温排水热扩散温度分布的三维数值模型。对湖体进行简化后建立模型，应用Gambit软件对所建模型进行网格划分，利用Fluent软件模拟了系统运行时湖水水温的分布情况，对运行稳定后的湖水源热泵系统的温度场分布进行模拟，得出湖体温度场。
　　模拟计算结果可以看出，排水口深度对温排水热扩散温度分布有一定影响。排水口越靠近水面，越有利于水体的散热，超温范围越小。因此排水口的设置应尽量靠近水面。模拟结果显示，超温区域集中在排水口附近小区域，所以在排水口附近设小喷泉等喷水措施，可以有效的增加水体的扰动及散热面积，降低温排水导致的水体温升。当排水口流量增加时，超温区域面积也会增加，所以排水设计时应尽量增加排水口个数以减小各排水口流量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 研究与应用的进展

1．2．1 国内外地表水源热泵系统的研究与应用

1．2．2 温排水与水体热承载能力的研究

1．2．3 水体热污染

1．3 研究内容与意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．4 本章小结

第二章 水体热承载能力

2．1 水体热承载能力简析

2．2 水体热积累效应

2．3 水体最大负荷承载力确定方法

2．3．1 热承载能力极限温度法

2．3．2 水面温度法

2．3．3 数值模拟法

2．4 本章小结

第三章 湖水源热泵温排水热扩散数学模型

3．1 系统温排水

3．1．1 湖体水温结构

3．1．2 湖体水温影响因素

3．2 湖水源热泵三维数值模型

3．2．1 理论基础

3．2．2 控制方程

3．2．3 定解条件

3．3 温排水热扩散数学模型求解

3．3．1 控制方程的离散求解

3．3．2 SIMPLE算法

3．4 本章小结

第四章 湖水源热泵系统及工程概况

4．1 湖水源热泵系统概述

4．1．1 工作原理

4．1．2 湖水源热泵应用形式

4．1．3 技术优势及问题

4．2 影响因素

4．2．1 气候条件

4．2．2 水源要求

4．2．3 取排水口设计

4．3 模型概况

4．4 本章小结

第五章 湖水源热泵温排水热扩散模拟研究

5．1 模拟软件介绍

5．2 温度场模拟

5．2．1 物理模型

5．2．2 数学模型

5．2．3 定解条件

5．3 模拟结果与分析

5．3．1 z=1．6m制冷期温度场

5．3．2 z=1．6m供暖期温度场

5．3．3 z=4m制冷期温度场

5．3．4 z=4m供暖期温度场

5．3．5 流量改变时温度分布

5．3．6 模拟结果分析

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

发表论文和参加科研情况说明