单U型地埋管井群换热研究

摘要

浅层地热能的利用对建筑节能、构建绿色建筑具有重要意义。在浅层地热能利用中土壤源热泵是其中的重要技术，该项技术的研究核心和应用基础是地下埋管换热。在工程中地埋管换热器一般以井群的方式应用，故有必要对井群换热进行研究，了解其基本换热特性和规律，为工程实际提供理论指导。
　　本文首先提出了一种基于解析—数值计算法的混合解井群传热模型，之后建立单钻孔地埋管换热试验台对单井传热模型进行了验证，并利用fluent软件平台结合所建井群传热模型，进一步明确了方形井群中存在三类特殊位置的井（“中井”、“边井”、“角井”），确定了典型井群的物理模型，定义了井群热干扰系数。
　　然后主要研究了夏季连续运行工况下井群的基本换热特性，以及地埋管进水温度、进水流速，土壤导热系数，回填材料导热系数，土壤初始温度，埋管间距和运行方式等7种重要因素对井群换热特性的影响规律。
　　最后建立了土壤源热泵空调系统耦合模型，并对全年动态负荷下空调系统的运行特性及全年土壤温度场的基本响应规律进行了分析。
　　研究结果提供了一种简单便捷的地埋管传热模型及一种系统仿真模拟方法，同时得到了井群的基本换热特性，7种因素对井群换热特性的影响规律，土壤源热泵空调系统全年动态运行特性及全年地温响应基本规律，可为土壤源热泵空调系统的工程应用提供一定的理论指导。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 土壤源热泵系统

1．2．1 工作原理

1．2．2 系统特点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 存在的问题

1．4 本文研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

第2章 单U型地埋管井群传热模型及实验验证

2．1 井群传热模型建立

2．1．1 钻孔外土壤传热模型

2．1．2 钻孔内传热模型

2．2 井群传热模型求解

2．3 单井地埋管实验及模型验证

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验方案

2．3．3 实验结果及对比验证

2．4 本章小结

第3章 井群换热特性研究

3．1 井群物理模型的确定

3．1．1 16井模型的确定

3．1．2 井群物理模型远边界确定

3．1．3 井群物理模型网格无关性分析

3．2 井群热干扰系数定义

3．3 井群换热特性分析

3．4 本章小结

第4章 井群换热特性影响因素分析

4．1 进水温度

4．2 进水流速

4．3 土壤导热系数

4．4 回填材料导热系数

4．5 初始地温

4．6 井间距

4．7 运行方式

4．8 本章小结

第5章 土壤源热泵系统动态运行特性分析

5．1 土壤源热泵系统耦合模型

5．2 系统运行参数

5．3 土壤源热泵系统全年运行模拟计算

5．3．1 空调季运行结果

5．3．2 采暖季运行结果

5．3．3 过渡季地温分析

5．3．4 全年地温分析

5．4 本章小结

结论

不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目

附录