不同形式地埋管换热器三维数值模拟与换热影响因素分析

摘要

地埋管地源热泵系统在国内外已经被广泛使用，其地下换热器的换热能力是决定地埋管地源热泵系统初投资、运行费用、节能效果的关键因素。地埋管地源热泵系统地下换热器可分为U型地埋管换热器、裸管式换热器和套管式换热器三类，设计时应该合理的选择地下换热器的形式和运行参数。
　　本文针对U型地埋管换热器，建立了基于Matlab可变功率、可变尺寸的三维数值模型，并且用基于Fluent的三维数值模型验证了该模型的准确性。之后利用基于Matlab的U型地埋管三维数值模型，分别模拟了不同停电情况、不同测试时间、不同数据记录时间间隔等情况下流体的进出口温度，最后再用复合线热源模型进行了反演计算，得出了不同参数对岩土热物性测试结果的影响。
　　针对裸管式换热器，建立了基于Fluent的三维数值模型。利用该模型得出了在冬夏季工况下不同流速、土壤导热系数、钻孔深度、进水温度、土壤初始温度等因素对裸管式换热器单位延米换热量的影响。
　　针对套管式换热器，建立了基于Fluent的三维数值模型。利用该模型得出了不同进出口方式、回填材料、管壁材料等对套管式换热器出口温度及单位延米换热量的影响。
　　最后再综合比较了三种形式的地埋管换热器在换热效果、热影响半径、施工难易程度、适用范围等方面的优劣，给实际工程项目提供了指导。
　　本文的研究能够为地埋管地源热泵系统设计时选择地埋管换热器形式和运行参数提供较好的理论基础和技术支持，尤其是为相对研究应用较少的裸管式换热器和套管式换热器提供参考。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3 本课题研究的具体内容及研究方法

2 基于Matlab的U型地埋管三维模型的建立与验证

2.1 基于Matlab的U型地埋管三维模型的建立

2.2 基于Matlab的U型地埋管三维模型验证

2.3 本章小结

3 岩土热响应测试影响因素分析

3.1 复合线热源模型

3.2 停电对岩土热物性测试结果影响

3.3 测试时间对岩土热物性测试结果的影响

3.4 数据记录时间间隔对岩土热物性测试结果的影响

3.5 本章小结

4 裸管式换热器三维数值模型与换热影响因素研究

4.1 裸管式换热器三维数值模型的建立

4.2 裸管式换热器换热影响因素分析

4.3 本章小结

5 套管式换热器三维数值模型与换热影响因素研究

5.1 套管式换热器三维数值模型的建立

5.2 套管式换热器换热影响因素分析

5.3 本章小结

6 不同形式地埋管换热器分析比较

6.1 不同形式地埋管换热器换热效果比较

6.2 不同形式地埋管换热器热影响半径比较

6.3 不同形式地埋管换热器综合比较

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文

附录2 攻读学位期间参与的项目