集群竖埋管地热换热器传热简化分析方法研究

【摘要】：利用浅层地热能的地源热泵技术在我国应用越来越广,其中绝大部分为竖埋管系统。地热换热器长期运行时,各个钻孔的换热会受到周围钻孔的影响,即产生热干扰现象,传热过程较为复杂。目前常用的分析方法是基于建立的单孔埋管与土壤间传热模型,在土壤常物性假定的条件下,采用叠加原理分析地埋管取放热在地下土壤中的温度场响应。本文基于有限长线热源模型以及叠加原理编制集群竖埋管地热换热器土壤温度计算程序。在此基础上,研究不同工况下的集群竖埋管土壤温度的简化计算方法。在分析集群埋管换热器全寿命期运行后地下土壤温度场分布特性的基础上,基于传热学基本原理,利用部分埋管周围土壤温度近似相同周期性变化的特点,提出采用集群埋管传热代表性埋管矩阵代替原集群埋管进行传热分析。由于用于分析的埋管数量减少,计算量得以减少。另外可利用埋管布置的对称性进一步减少分析计算的埋管数量。分别以无渗流和有渗流矩阵形式布置的集群竖埋管地热换热器为例,利用该方法进行简化分析。在地质条件、埋管几何参数、负荷及运行条件等相同情况下,可以利用单根埋管的传热影响半径确定集群埋管传热代表性埋管矩阵。本文取距埋管最远处土壤温度扰动为0.01℃处可认为是单根埋管传热影响半径。实际工程中,可以根据允许的误差范围选取相应的的温度扰动处做为传热影响半径,以此确定出代表管群的钻孔数。 【关键词】：地热换热器 岩土热物性 数值模型 影响因素
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 前言9-10
• 1.2 热泵的工作原理及其分类与特点10
• 1.3 地源热泵系统简介与分类10-12
• 1.4 地埋管单孔传热模型研究现状12-18
• 1.4.1 国外研究现状13-17
• 1.4.2 国内研究现状17-18
• 1.5 地埋管管群换热器传热研究现状18-21
• 1.5.1 国外研究现状18-19
• 1.5.2 国内研究现状19-21
• 1.6 本章小结21-22
• 第2章 模型的建立及简化原理22-27
• 2.1 有限长线热源叠加模型22-24
• 2.2 简化分析方法原理24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 无渗流集群换热器的简化方法分析27-43
• 3.1 冬夏季负荷平衡时集群简化分析27-31
• 3.1.1 工况一分析(λ=1.2 W/(m·K))27-29
• 3.1.2 工况二分析(λ=1.6 W/(m·K))29-30
• 3.1.3 工况三分析(λ=2.0 W/(m·K))30-31
• 3.2 冬夏季负荷不平衡时集群简化分析31-35
• 3.2.1 工况一分析(λ=1.2 W/(m·K))32-33
• 3.2.2 工况二分析(A=1.6 W/(m·K))33-34
• 3.2.3 工况三分析(λ=2.0W/(m·K))34-35
• 3.3 利用单埋管传热确定集群埋管代表性矩阵35-38
• 3.3.1 负荷平衡时单埋管传热分析35-37
• 3.3.2 负荷不平衡时单埋管传热分析37-38
• 3.4 误差分析38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 有渗流集群换热器的简化方法分析43-51
• 4.1 模型介绍43-44
• 4.2 参数设定44-45
• 4.3 集群土壤温度计算与简化分析45-49
• 4.3.1 工况一分析(λ=1.6W/(m·K))46-47
• 4.3.2 工况二分析(A=2.0W/(m·K))47-49
• 4.4 利用单埋管传热确定集群埋管代表性矩阵49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 结论与展望51-52
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-56
• 致谢56-57
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况57

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