本文關(guān)鍵詞：豎直地埋管換熱器分層換熱模型分層方法研究

  更多相關(guān)文章： 土壤源熱泵 地埋管換熱器 土壤熱物性參數(shù) 熱阻分層法

【摘要】：2015年底,我國可再生能源裝機(jī)容量已達(dá)到全球總量的24%,成為世界可再生能源利用第一大國,但地源熱泵發(fā)展受到明顯制約,面臨巨大壓力,提高能源質(zhì)量與效益也成為“十三五”時(shí)期的工作重點(diǎn)。地埋管換熱器是地源熱泵中重要組成部分,在我國,豎直U型地埋管換熱器憑借其占地面積小、可用范圍廣而得到廣泛推廣,主要包括了單U與雙U類型。本文在以往土壤均勻換熱模型基礎(chǔ)上,針對(duì)單U型地埋管換熱器建立分層換熱模型,開展分層方法研究,為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供參考。本文首先建立單U地埋管換熱器詳細(xì)分層換熱模型,在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上,考慮地埋管換熱器周圍土壤存在地質(zhì)分層與地下水滲流情況,提出以溫度測(cè)點(diǎn)與巖土分層位置進(jìn)行詳細(xì)分層的方法。通過對(duì)鉆孔內(nèi)、外換熱模型分析,提出計(jì)算單U地埋管換熱器周圍巖土熱物性參數(shù)計(jì)算方法�；趯�(shí)際工程,對(duì)建立的詳細(xì)分層模型進(jìn)行驗(yàn)證,并比較其與常規(guī)均勻模型與根據(jù)地質(zhì)分層的簡化分層模型的差異,提出根據(jù)土壤導(dǎo)熱熱阻變化率進(jìn)行綜合分層的新方法,稱為熱阻分層法。利用實(shí)際工程對(duì)熱阻分層法進(jìn)行驗(yàn)證,并通過一復(fù)雜地質(zhì)進(jìn)行二次檢驗(yàn),證明該方法的準(zhǔn)確性與合理性。最后簡單介紹根據(jù)熱阻分層法結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程,并通過VBA開發(fā)程序建立計(jì)算利用熱阻分層法得到的土壤熱物性參數(shù)與單位長度換熱量的計(jì)算軟件。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果表明,根據(jù)詳細(xì)分層結(jié)果,各個(gè)地質(zhì)導(dǎo)熱熱阻均不相同。不同地質(zhì)導(dǎo)熱熱阻變化率在17.56~27.59%之間,相同地質(zhì)在0.19%~6.51%之間,變化差異均不同,且部分較大。因此綜合孔隙率、地下水滲流等原因,考慮綜合變化率上限進(jìn)行分層,可避免按照地質(zhì)進(jìn)行簡化分層造成較大誤差、按照溫度測(cè)點(diǎn)與地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分層導(dǎo)致龐大的工作量。對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),模擬結(jié)果表明冬夏季供回水溫差均存在一定的差別。未分層模型分別為30.36%、30.72%,簡化分層模型相對(duì)誤差分別為22.74%、23.84%,詳細(xì)分層模型相對(duì)誤差分別為7.41%、7.32%。根據(jù)三種分層情況結(jié)果,說明將整個(gè)地埋管換熱器視為均勻統(tǒng)一模型存在較大誤差,簡單地質(zhì)分布情況下按照地質(zhì)進(jìn)行簡單分層后結(jié)果同樣存在較大誤差。按照詳細(xì)分層雖然誤差較小,但工作量較大,因此提出熱阻分層法。同樣對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),模擬結(jié)果證明,分別按照相鄰?fù)寥缹?dǎo)熱熱阻變化率上限3%、5%、8%進(jìn)行分層,分別分為7、6、4層,其冬夏季供回水溫差平均相對(duì)誤差分別為9.31%、20.33%、23.29%,因此選取3%為變化率上限,增加少量的工作量可達(dá)到較高的準(zhǔn)確度。通過一復(fù)雜地質(zhì)分布情況對(duì)該變化率上限進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明進(jìn)出水溫差的模擬與實(shí)測(cè)值平均相對(duì)誤差為2.7%,小于5%,認(rèn)為該方法具有較高的精度與可靠性。利用VBA開發(fā)程序設(shè)計(jì)該方法計(jì)算程序,為設(shè)計(jì)人員提供便利。研究表明,該分層方法結(jié)合地質(zhì)變化規(guī)律與地質(zhì)分布情況,避免分層結(jié)果中地質(zhì)區(qū)間過大或地質(zhì)區(qū)間土壤熱物性參數(shù)變化較大的情況。該分層方法具有科學(xué)合理性,為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù),方法可靠,簡單可行,具有較好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：土壤源熱泵 地埋管換熱器 土壤熱物性參數(shù) 熱阻分層法
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU83
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 課題研究意義11
• 1.3 土壤源熱泵系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀11-18
• 1.3.1 國內(nèi)外土壤源熱泵發(fā)展歷史11-14
• 1.3.2 國內(nèi)外土壤源熱泵研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.3 國內(nèi)外土壤分層與滲流對(duì)地埋管換熱器換熱性能研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要工作18-20
• 2 單U地埋管傳熱過程20-32
• 2.1 地埋管換熱器形式20
• 2.2 地埋管換熱器傳熱分析20-29
• 2.2.1 單U型地埋管換熱器傳熱過程21
• 2.2.2 單U型地埋管換熱器鉆井內(nèi)部換熱模型21-26
• 2.2.3 單U型地埋管換熱器鉆井外部換熱模型26-28
• 2.2.4 有地下水滲流時(shí)地埋管換熱模型28-29
• 2.3 已有地埋管換熱器換熱模型29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 3 單U地埋管詳細(xì)分層換熱模型建立32-42
• 3.1 土壤特性32-35
• 3.1.1 土壤基本特性32-33
• 3.1.2 土壤熱物性參數(shù)33-34
• 3.1.3 土壤特性研究難點(diǎn)34-35
• 3.2 單U地埋管詳細(xì)分層換熱物理模型35-39
• 3.2.1 模型建立假定條件35-36
• 3.2.2 基于實(shí)際地質(zhì)及測(cè)點(diǎn)分布建立幾何模型36-37
• 3.2.3 網(wǎng)格劃分37-39
• 3.3 單U地埋管詳細(xì)分層換熱數(shù)學(xué)模型39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 4 單U地埋管分層換熱模型求解方法及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)42-64
• 4.1 單U地埋管周圍土壤熱物性參數(shù)求解42-47
• 4.1.1 單U地埋管內(nèi)部流體溫度求解方法42-44
• 4.1.2 分層土壤熱物性求解方法44-45
• 4.1.3 各分層熱物性參數(shù)計(jì)算結(jié)果45-47
• 4.2 分層方法47-50
• 4.2.1 未分層方法47-48
• 4.2.2 簡化分層法48-49
• 4.2.3 熱阻分層法49-50
• 4.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡介50-60
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)概況50-56
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排56-57
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差57-58
• 4.3.4 土壤初始溫度58-60
• 4.4 求解器及邊界條件設(shè)置60-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 5 單U地埋管換熱模型驗(yàn)證64-96
• 5.1 模型驗(yàn)證64-71
• 5.1.1 夏季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證65-68
• 5.1.2 冬季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證68-71
• 5.2 利用未分層方法驗(yàn)證模型71-76
• 5.2.1 夏季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證72-74
• 5.2.2 冬季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證74-76
• 5.3 利用簡化分層方法驗(yàn)證模型76-81
• 5.3.1 夏季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證77-79
• 5.3.2 冬季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證79-81
• 5.4 利用熱阻分層法驗(yàn)證模型81-91
• 5.4.1 夏季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證83-87
• 5.4.2 冬季實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證87-91
• 5.5 各類方法比較91-94
• 5.6 本章小結(jié)94-96
• 6 熱阻分層法在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用96-106
• 6.1 利用地質(zhì)分布復(fù)雜情況驗(yàn)證方法可行性96-100
• 6.1.1 實(shí)際地質(zhì)分布與土壤初始溫度97-98
• 6.1.2 設(shè)置模型邊界條件98-99
• 6.1.3 驗(yàn)證模型正確性99-100
• 6.2 基于工程應(yīng)用的熱阻分層法100-102
• 6.3 單U熱質(zhì)分層模型于工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用102-104
• 6.3.1 開發(fā)環(huán)境102
• 6.3.2 軟件計(jì)算過程及界面102-104
• 6.4 本章小結(jié)104-106
• 7 結(jié)論及展望106-110
• 7.1 主要結(jié)論106-107
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)107-108
• 7.3 展望108-110
• 致謝110-112
• 參考文獻(xiàn)112-118
• 附錄118-122
• A. 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文118
• B. UDF自定義程序118-120
• C. VBA開發(fā)程序120-122

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本文編號(hào)：1126380