穷举搜索法确定地下土壤热物性参数及准确性分析

摘要

地源热泵系统可以有效利用浅层地热能，对环境影响小、寿命长、效能系数高，作为一项可再生能源技术近年来得到快速发展。获取准确的地下土壤热物性参数是合理设计地埋管长度、提高系统有效利用率、降低系统初投资的关键，对推广地源热泵技术具有重要意义。
　　恒热流测试法是目前获取地下土壤热物性参数的主要方法，但是，目前研究中针对恒热流测试时间长短的问题尚没有明确定论，测试过程中，通常人为设定测试时间而不是根据现场测试结果准确性决定测试时间，这可能会导致测试结果准确性不高。另外，测试分析过程中采用的优化方法通常仅能得到较为准确的导热系数值，而钻孔内热阻和容积比热计算结果可信度相对较差。针对上述问题，论文提出了利用穷举搜索法确定热物性参数的测试分析方法。
　　论文比较了二参数估计法、三参数估计法以及线热源模型、柱热源模型、实心柱热源模型在计算地下土壤热物性参数方面的结果准确性，发现三参数估计法计算结果较二参数估计法准确，线热源模型计算速度快、准确度较高，更适于工程应用。
　　对穷举搜索法、遗传算法、蚁群算法、复形调优法的计算结果准确性进行了对比分析，并利用实验和实际工程进行检验，表明穷举搜索法较其他几种方法得到的热物性参数更具可信性。
　　开发了地下土壤热物性测试计算软件，该软件在现场进行地下土壤热物性测试时，可实时计算分析热物性参数结果，当得到稳定的测试结果后，自动发出测试停止信号，并输出得到土壤热物性参数最终测试结果，从而避免因人为决断测试时间而可能导致测试结果准确性不高的情况。

目录

声明

符号说明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 地下土壤热物性参数测试方法

1.3 地下土壤热物性参数计算方法

1.4 地埋管与地下土壤传热模型

1.5 优化方法

1.6 课题研究的内容与方法

第二章 地埋管换热器模拟实验台及其恒热流测试实验

2.1 地埋管换热器模拟实验台

2.2 石英砂热物性参数及钻孔内热阻确定

2.3 恒热流测试实验

2.4 恒热流测试实验

2.5 本章小结

第三章 穷举搜索法准确确定热物性参数

3.1 穷举搜索法简介

3.2穷举搜索法计算结果准确性模拟验证

3.3 测试时间对热物性计算结果的影响分析及处理

3.4 穷举搜索法确定热物性参数

3.5 本章小结

第四章 参数估计法与传热模型准确性验证分析

4.1 参数估计方法及其准确性验证

4.2 基于不同传热模型的计算准确性对比分析

4.3 本章小结

第五章 穷举搜索法与优化方法计算结果的对比与分析

5.1 穷举搜索法与优化方法计算结果的对比

5.2 实验验证

5.3 工程应用

5.4 本章小结

第六章 地下土壤热物性测试软件开发

6.1 测试系统及上位机数据采集系统

6.2 热物性测试软件开发

6.3 热物性测试软件运行

第七章 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况