太阳能跨季节储热地埋管换热器数值模型适用性研究

摘要

太阳能跨季节储热供热系统将太阳能跨季节储热系统和地源热泵系统有机结合，实现太阳能跨季节利用的目的。本文旨在对基于太阳能跨季节储热供热系统的不同地埋管换热器数值模型的适用性进行研究，建立了地埋管换热器的当量单管数值模型、三维轴向压缩数值模型以及三维轴向压缩分层数值模型；为了研究地埋管换热器管间热短路现象，本文建立了用于衡量地埋管管间热短路程度的地埋管换热器的理想状态模型。在建立三维轴向分层数值模型时，按照土壤的导温系数将钻井外土壤沿纵向分为五层或者十层，并且将轴向分五层模型与轴向分十层模型进行了对比，通过对比发现：若系统长期运行，模型轴向分五层或分十层的偏差将低于0.29％。考虑到前期准备工作量等因素，本文确定的分层模型中把土壤轴向分为五层。
　　本文以坐落于天津市北辰区的河北工业大学节能中心的太阳能跨季节储热供热系统的工程实例为背景，将实验所采集的数据拟合为FLUENT数值软件的入口边界条件进而对所建成的地埋管换热器的当量单管数值模型、三维轴向压缩数值模型以及三维轴向压缩分层数值模型进行了实验验证，实验验证结果发现地埋管换热器的三种模型均存在实际意义，三维轴向压缩分层数值模型相较于所建立的其它两模型更加贴近实际。本文在不同工况下对所建立的地埋管换热器数值模型以最贴近实际的地埋管换热器三维轴向压缩分层数值模型为基准进行偏差对比，进而研究模型的适用性。最终结果表明：地埋管换热器的当量单管数值模型适用于U型管入口温度为40℃、50℃、60℃、80℃，入口流速为0.3m/s、0.5m/s的初运行系统；地埋管换热器的三维轴向压缩模型与三维轴向压缩分层模型的偏差为一定值；三维轴向压缩模型适用于所有工况下的系统。另外本文以U型管管间温度分布为判据研究了地埋管管间热短路现象。研究结果表明：U型管入口温度越大、入口速度越小，U型管管间越容易发生热短路现象；回填材料及土壤导热系数越大，U型管管间越容易发生热短路现象。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

符 号 说 明

第一章 绪论

1 .1 课题研究的背景及意义

1 .2 国内外研究现状

1 .3 本文主要研究内容

第二章 地埋管换热器的物理模型和数学模型

2 .1 地埋管换热器传热机理分析

2 .2 物理模型

2 .3 数学模型

2 .4 本章小结

第三章 地埋管换热器数值模型的建立与实验验证

3 .1 地埋管换热器的数值模型建立

3 .2 地埋管换热器数值模型实验验证

3 .3 本章小结

第四章 地埋管换热器数值模型对入口参数适用性研究

4 .1 地埋管换热器数值模型对入口参数适用性研究

4 .2 双U型地埋管管间热短路现象研究

4 .3 本章小结

第五章 地埋管换热器数值模型对回填材料及土壤类型适用性研究

5 .1 地埋管换热器数值模型对回填材料及土壤类型适用性研究

5 .2 不同回填材料及土壤类型对U型管管间热短路现象的影响

5 .3 本章小结

第六章 结论与展望

6 .1 结论

6 .2 下一步工作展望

参考文献

附录A 土样热物理特性试验分析表

攻读硕士学位期间论文发表

致谢