本文關(guān)鍵詞：基于地埋管換熱器熱阻—熱容網(wǎng)絡(luò)模型的巖土熱響應(yīng)測試方法研究

  更多相關(guān)文章： 地埋管換熱器 巖土熱響應(yīng)測試 數(shù)值模擬 四熱阻模型

【摘要】：地埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的主要換熱部件。埋管內(nèi)載流體與周圍巖土進(jìn)行熱量交換,在冬季淺層巖土通過載流體向建筑物內(nèi)傳遞熱量實現(xiàn)供暖,在夏季建筑物內(nèi)的熱量通過載流體向淺層巖土排放實現(xiàn)制冷。由于埋管換熱器設(shè)計容量的大小與其實際傳熱性能的優(yōu)劣將直接影響到整個地源熱泵系統(tǒng)長期運行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性,并且影響地埋管換熱器設(shè)計容量及其實際傳熱性能的關(guān)鍵因素取決于是否能夠有效、準(zhǔn)確地獲得巖土和回填料的熱物性參數(shù)(包括巖土的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)、巖土熱容值和回填料的導(dǎo)熱系數(shù)等)。因此如何準(zhǔn)確、高效地獲得這些熱物性參數(shù)并建立起方便、可靠的地埋管換熱器傳熱分析模型,實現(xiàn)對地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器經(jīng)濟(jì)、可靠的設(shè)計以及保證地源熱泵系統(tǒng)長期、高效、可靠地運行,在地源熱泵系統(tǒng)的工程應(yīng)用實踐過程中具有重要意義。在地埋管換熱器模型的鉆孔熱阻計算公式方面,本文對比了基于三熱阻模型和四熱阻模型的鉆孔內(nèi)熱阻擬合公式的計算結(jié)果。在某特定幾何布置結(jié)構(gòu)下,鉆孔內(nèi)三熱阻模型的熱阻擬合公式會導(dǎo)致埋管之間的熱阻出現(xiàn)負(fù)值,然而四熱阻模型的擬合公式能夠克服這一缺陷。在此基礎(chǔ)上,本文分別建立了基于鉆孔內(nèi)三熱阻模型和四熱阻模型的三維地埋管換熱器瞬態(tài)熱阻熱容網(wǎng)絡(luò)分析模型。通過求解分析模型并與CFD數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比,確認(rèn)了基于鉆孔內(nèi)四熱阻的瞬態(tài)熱阻熱容模型較三熱阻模型能更好地描述地埋管換熱器的傳熱過程,證實了為考慮鉆孔周向壁面溫度分布不均勻而引入鉆孔壁面之間的傳熱熱阻是合理且必要的。為了進(jìn)一步提高基于鉆孔內(nèi)四熱阻模型的地埋管換熱器熱阻熱容瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型計算精度,本文對四熱阻模型進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的四熱阻模型能更好地模擬地埋管換熱器熱響應(yīng)測試前期的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程,使得其計算結(jié)果更接近地埋管換熱器的三維CFD數(shù)值模擬計算結(jié)果。與此同時,在不降低計算結(jié)果精度的前提下,所獲得的改進(jìn)后的基于鉆孔內(nèi)四熱阻模型的地埋管換熱器瞬態(tài)熱阻熱容網(wǎng)絡(luò)分析模型能夠?qū)崿F(xiàn)快速求解,較三維CFD模型可以大大縮短計算時間,提高計算效率。在獲得上述改進(jìn)后的基于鉆孔內(nèi)四熱阻傳熱模型的地埋管換熱器三維熱阻熱容傳熱網(wǎng)絡(luò)分析模型基礎(chǔ)上,本文結(jié)合Nelder-Mead優(yōu)化算法提出了一種新的能夠快速獲得淺層巖土熱物性參數(shù)的地埋管換熱器熱響應(yīng)測試方法。驗證了該測試方法不僅能獲得比常規(guī)基于線熱源模型更豐富、更準(zhǔn)確的巖土當(dāng)量熱物性參數(shù)(包括巖土導(dǎo)熱系數(shù)、巖土熱容值和回填料導(dǎo)熱系數(shù)等),還具有較傳統(tǒng)基于線熱源模型熱響應(yīng)測試方法可以充分地利用測試初期前10小時測試數(shù)據(jù)、不再要求測試過程的恒定輸入功率等優(yōu)點。因此,在不降低測試結(jié)果精度的前提條件下,本文提出的基于地埋管換熱器熱阻-熱容網(wǎng)絡(luò)模型的巖土熱響應(yīng)測試方法,可以實現(xiàn)顯著縮短熱響應(yīng)測試時間、適應(yīng)于測試過程變功率輸入、大大減少地埋管換熱器熱響應(yīng)測試成本等功能,對地源熱泵系統(tǒng)在工程實踐中大量推廣應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：地埋管換熱器 巖土熱響應(yīng)測試 數(shù)值模擬 四熱阻模型
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU83
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國外現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文的研究內(nèi)容及意義15-17
• 1.3.1 研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 研究意義16-17
• 2 地埋管換熱器數(shù)值模型和鉆孔內(nèi)熱阻分析模型17-37
• 2.1 地埋管換熱器CFD數(shù)值模型17-24
• 2.1.1 物理模型及簡化17-18
• 2.1.2 數(shù)學(xué)模型18-20
• 2.1.3 CFD數(shù)值模型的建立20-22
• 2.1.4 CFD數(shù)值模型的求解22
• 2.1.5 CFD數(shù)值模型的驗證22-24
• 2.2 鉆孔內(nèi)熱阻分析模型24-36
• 2.2.1 鉆孔內(nèi)傳熱分析24-28
• 2.2.2 鉆孔內(nèi)各熱阻擬合計算公式的討論28-36
• 2.3 本章小結(jié)36-37
• 3 地埋管換熱器三維瞬態(tài)熱阻熱容分析模型37-67
• 3.1 基于鉆孔內(nèi)三熱阻模型的地埋管換熱器分析模型37-41
• 3.2 基于鉆孔內(nèi)四熱阻模型的地埋管換熱器分析模型41-46
• 3.3 鉆孔內(nèi)熱阻熱容值確定46-47
• 3.4 瞬態(tài)分析模型的求解47-52
• 3.4.1 隱式格式的TDMA算法48-51
• 3.4.2 基于C語言的計算程序的編寫51-52
• 3.5 單U型地埋管換熱器熱阻熱容網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)果分析52-58
• 3.6 改進(jìn)的四熱阻瞬態(tài)傳熱分析模型58-65
• 3.7 本章小結(jié)65-67
• 4 基于四熱阻瞬態(tài)分析模型的新型熱響應(yīng)測試方法67-83
• 4.1 TRT熱響應(yīng)測試方法的介紹67-69
• 4.2 新型巖土熱響應(yīng)測試方法的可行性分析69-70
• 4.3 Nelder-Mead優(yōu)化算法70-71
• 4.4 新型熱響應(yīng)測試方法的計算結(jié)果71-74
• 4.5 變加熱功率情況的熱響應(yīng)測試數(shù)據(jù)處理74-80
• 4.5.1 正弦變化加熱功率75-77
• 4.5.2 階躍變化加熱功率77-80
• 4.6 誤差分析80-81
• 4.7 本章小結(jié)81-83
• 5 結(jié)論與展望83-85
• 5.1 結(jié)論83
• 5.2 展望83-85
• 致謝85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 附錄91
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文91
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參與的科研項目91

【相似文獻(xiàn)】

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