土壤-空气换热器的数值模拟与性能分析

摘要

以土壤-空气换热器为基础的混合通风技术,技术实用且前期投资不大,节能效果明显,具有比较大的应用前景。
　　研究中首先分析了土壤-空气换热模型的外扰条件,讨论土壤-空气换热器处理空气的过程及出现凝结的条件和计算方法;通过分析土壤热物性参数,建立未扰动土壤层时间空间温度分布数据库;分析土壤空气换热过程中土壤温度所受到的影响,发现在间歇运行的情况下,换热对土壤温度影响很小,在深度4m,土壤温度可以维持在全年平均温度±1℃以内;通过以上的简化,提出了模型的一维计算方法,该计算方法可以计算出换热器出口空气的温湿度。
　　通过与内布拉斯加州州立大学所做实验的数据对比,换热过程温度计算与实验周期内温度出口参数计算与实验值误差都在5％以内,验证了模型计算预测换热器出口温湿度参数的准确性。
　　分析了土壤空气换热器各参数对出口温湿度及换热效能的影响。在设备参数中,管长、管径对换热器效能影响有限,管长设置在40m～60m、管径设置在0.9m以内时就可以满足换热效能60%以上,埋管深度决定换热器换热侧温度,对出口温度起决定性作用。运行参数中,入口参数通常由环境决定,不同的入口风速提供不同的末端负荷。
　　基于模型分析与计算,提出了简单的效能-传热单元数的换热器设计计算方法,并通过计算算例,设计的换热器可以基本满足室内负荷的60%,土壤空气换热器通风系统可以部分满足北京地区夏季空调通风负荷。

目录

土壤 -空气换热器的数值模拟与性能分析

NUMERICAL SIMULATION AND PERFORMANCE ANALYSES ON THE EARTH-TO-AIR HEAT EXCHANGER

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 本课题研究内容

第2章 模型的分析与建立

2.1 空气在管道中的换热分析

2.1.1 空气在换热器中的处理过程

2.1.2 埋管换热器管道内部的凝结

2.2 土壤热物性分析

2.2.1 土壤热物性参数

2.2.2 未受扰动的土壤温度计算

2.2.3 土壤温度受到空气传热的影响

2.3 土壤-空气换热器数学模型

2.3.1 模型假设

2.3.2 控制体积计算模型

2.4 土壤-空气换热器模型计算

2.4.1 冬季工况

2.4.2 夏季工况

2.5 本章小结

第3章 土壤-空气换热器模型的实验验证

3.1 实验简介

3.2 实验数据的分析

3.2.1 实验地点土壤温度分布

3.2.2 实验运行数据分析

3.3 模型与实验数据的对比

3.4 与其他论文实验数据的对比

3.4.1 模型与Goswami实验数据的对比

3.4.2 模型与Benkert实验数据的对比

3.5 本章小结

第4章 换热影响参数分析

4.1 土壤-空气换热器设备参数的影响分析

4.1.1 管长的影响

4.1.2 管径的影响

4.1.3 埋管深度的影响

4.2 土壤-空气换热器入口参数的影响分析

4.2.1 入口温度对换热的影响

4.2.2 入口空气相对湿度的影响

4.2.3 入口风速的影响

4.3 本章小结

第5章 土壤空气换热器设计计算

5.1 换热器参数分析及设计计算方法

5.1.1 换热器参数分析

5.1.2 换热器设计方法

5.2 换热器设计计算算例

5.2.1 建筑概况

5.2.2 设计计算

5.2.3 夏季运行分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢