地源热泵岩土导热系数自助法统计分析

摘要

地源热泵是一种性能良好，清洁无污染的能源利用技术。但由于其地下换热器所处的土壤热物性比较复杂，使得地下换热器的设计偏差比较大，造成投资成本过高，推广起来比较困难。而在一定负荷下，土壤的导热系数是地源热泵地下换热器设计的关键因素之一。
　　 目前国内外的学者已经对单个井孔的土壤导热系数的确定做了深入的研究，但整个工程覆盖的土壤的导热系数若由一个测试井或几个测试井的数据的均值代替显然不太合理。因而根据单个井孔或几个测试井孔准确估计土壤的导热系数是一个非常有意义的研究方向。
　　 本文引入了小样本统计推断的方法--自助法，对土壤的导热系数进行了估计。在文中详细介绍了自助法的原理，以及重复抽样的技术。并针对原始自助法取值的局限性，提出了用三次函数去拟合样本分布函数，保证取值的随机性，并用已知分布的算例进行分析验证，证明算法的有效性。最后引入工程实例，针对实际工程获得的极小样本(N<10)的土壤导热系数，采用样本虚拟增广的方法，将极小样本虚拟增广到小样本(N≥10)。再利用改进的自助法进行统计推断，并利用matlab编程实现，比原均值有了改进。
　　 本文给出了一种统计推断土壤导热系数的新方法，即利用改进的自助法将实际获得的4个土壤导热系数虚拟增广至12个数据再抽样成1200100个数据，解决了土壤导热系数个数较少而不好估计整块土壤导热系数的问题，为埋地换热器的设计提供了一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 地源热泵

1.3 土壤的热物性

1.4 土壤导热系数的测试方法

1.4.1 土壤类型辨别法

1.4.2 稳态测试法

1.4.3 探针法

1.4.4 现场测试法

1.5 土壤导热系数估计的国内外研究现状

1.5.1 国外研究现状

1.5.2 国内研究现状

1.6 本文的主要工作

第2章 自助法原理

2.1 自助法

2.2 重复抽样的原理

2.3 有关均值的一些理论结论

2.4 非参数自助法的应用

2.4.1 偏差估计

2.4.2 方差估计

2.4.3 均值的置信区间

第3章 导热模型与计算

3.1 导热

3.1.1 热传导微分方程

3.1.2 定解条件

3.2 线热源模型

3.3 柱热源模型

3.4 二维瞬态数值导热模型

3.4.1 传热模型

3.4.2 物理模型

3.4.3 初始条件和边界条件

第4章 小样本土壤导热系数的估计

4.1 自助法

4.1.1 构建样本函数

4.1.2 算例分析

4.2 改进的自助法

4.2.1 三次多项式函数拟合全局样本

4.2.2 算例分析

4.3 小样本土壤导热系数的估计

4.3.1 虚拟增广样本方法

4.3.2 工程实例

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 进一步开展的工作

参考文献

附录

致谢