螺旋管桩基换热器数值模型

摘要

地源热泵系统是一种利用土壤巨大的蓄热蓄冷能力进行供热制冷的新型能源技术。桩埋管地源热泵系统具有换热面大、节约施工成本等优势而被重视。本文研究螺旋管桩基换热器的传热模型，旨在为桩埋管地源热泵系统设计提供计算方法。
　　桩埋管换热器现有解析模型是在恒热流条件下建立的，难以应用于实际运行工况；未考虑基桩与土壤热物性参数的差异；计算复杂。而数值模型可以灵活处理变热流、不同区域的物性差异。因此本文重点在于建立桩基螺旋管换热器非稳态数值模型。
　　该模型把桩基换热器简化为一个实心圆柱体，基桩表面作为热源面。桩基内部和土壤区域具有不同的热物性参数。只考虑径向传热。沿径向均匀布置节点，每个节点代表一个控制体。每个控制体具有热容，控制体之间用热阻连接。桩基与土壤交界处施加时变热流。离桩基中心无穷远处为绝热界面。对每个控制体，应用能量守恒原理建立离散方程，时间域离散采用显式格式。
　　用数值模型对一个实际桩基进行了模拟，并与实测数据进行对比，实测数据与数值模型的结果基本相同。说明一维数值模型具有准确性，对工程的实际运用具有实用价值。
　　运用一维数值模型分析了桩基直径对地埋管换热器的影响。在相同时间内，桩径越小，无量纲温度Θ响应越大。
　　运用一维数值模型对换热器进行了全年动态模拟，确定了换热器数量。该一维数值模型可以适应于任意逐时负荷，且计算速度快。
　　总之，本模型准确，快速，适用于动态模拟。可用于桩基换热器方案评估分析。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 地源热泵的优缺点

1.3 地源热泵的发展

1.4 桩基地源热泵系统简介

1.5 桩基换热器研究方法和国内外现状

1.6 主要研究内容以及技术路线

第二章 螺旋管桩基换热器解析模型

2.1 无限长线热源解析模型

2.2 有限长线热源解析模型

2.3 空心柱热源解析模型

2.4 无限长实心柱热源解析模型

2.5 有限长实心柱热源解析模型

2.6 小结

第三章 螺旋管桩基换热器一维数值模型

3.1 螺旋管简介

3.2 计算固体温度的一维数值模型

3.3 水温计算

3.4 计算算法

3.5 小结

第四章 螺旋管桩基换热器动态模型的实验验证及应用

4.1 螺旋管桩基换热器模型实验验证

4.2 桩基换热器全年动态模拟

4.3 桩基直径对桩基螺旋管温度的影响

4.4 小结

结论与展望

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢

参考文献