中深層地熱源熱泵系統(tǒng)是新型熱泵供暖技術,對實現(xiàn)清潔供暖具有重要意義。熱泵系統(tǒng)的核心是熱源側的地埋管換熱裝置,為保證地下?lián)Q熱的穩(wěn)定性,通常使用套管式結構。本文系統(tǒng)的研究了該系統(tǒng)套管式地埋管換熱器與土壤相互作用的傳熱特性。通過現(xiàn)場勘探整理得到實驗場地的水文地質和土壤溫度分布資料,設計了熱源井套管式地埋管換熱器和熱泵系統(tǒng)供暖實驗方案,進行了現(xiàn)場實驗。通過不同的進口溫度和流量的實驗工況,探究了換熱器的換熱性能和土壤溫度的恢復時間。建立了適用于中深層套管式地埋管換熱器的傳熱模型。推導得到套管內流體溫度的軸向分布,并分析了流速以及內外管管材對套管換熱器傳熱的影響。推導得到1200米熱源井井壁的溫升,并得到了不同深度處熱源井壁的溫度分布,與實測實驗數(shù)據(jù)相符。在驗證了各種模型假設條件的合理性后,以V.C.Mei的傳熱模型為基礎,結合能量平衡和熱傳導微分方程建立了熱源井內外耦合傳熱的數(shù)值模型,給出了數(shù)值求解方法并進行數(shù)值模擬。對模擬結果做了簡要的傳熱分析。忽略管壁的控制方程后建立了熱源井內外耦合的簡化傳熱模型,減小了存在套管管壁引起劃分網(wǎng)格寬度的突然變化所帶來的數(shù)值誤差影響,大大加快模型的數(shù)值計算速度。進行了換熱器傳熱影響參數(shù)的研究。研究結果表明:增加熱源井深度,可以提高換熱器換熱量,節(jié)省用地面積,但鉆井成本會急劇增大,工程上應結合實際情況選取最佳的熱源井深度;套管換熱器的內管管材應選取導熱性能較差的塑料管,減少熱流短路損失,而外管材料應選取導熱性能較好的金屬材料管,增強與周圍土壤熱源的換熱;套管換熱器應選取合適的內管外管管徑比提高換熱效果;套管外管土壤淺層部分應設置保溫措施;換熱器的進出水溫差和循環(huán)流量共同影響熱源井地埋管的換熱量的大小;熱泵機組通過流量調節(jié)措施調節(jié)負荷變化;在熱泵系統(tǒng)運行中,換熱器循環(huán)流體低溫入口,大流量運行,可提高換熱器和熱泵機組的穩(wěn)定性。本文的研究工作對深入認識中深層地熱熱泵的套管式地埋管換熱器提供了理論參考,為工程實踐提供理論指導和依據(jù)。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU83
【部分圖文】：

熱源熱泵作為一種熱泵新興技術，實驗研究仍處于空白究中深層地熱源熱泵系統(tǒng)運行特性的關鍵措施，因此開實驗研究很有必要。驗工程概況地質概況地理位置如圖 2-1 所示，熱源井位于黑龍江省哈爾濱市00m、1000m 和 1200m 共 4 口不同深度的地熱熱源井作造位置是松遼盆地北部中央坳陷區(qū)，完鉆層位是青二、比較厚，泥漿有足夠的護壁能力，性能穩(wěn)定，為安全快源井內安裝套管式地埋管換熱器為某辦公建筑進行供暖2 萬平方米，建筑負荷 600KW。熱泵系統(tǒng)主要由兩個環(huán)戶側水環(huán)路。

圖 2-4 實驗原理圖圖 2-4 中系統(tǒng)一為中深層地熱源熱泵運行實驗系統(tǒng)圖，從各個熱源井地埋管流出的熱水經(jīng)集水器匯合后經(jīng)過水源熱泵機組換熱為辦公樓進行供暖，返回熱源井內繼續(xù)取熱；系統(tǒng)二為熱源井套管式地埋管換熱器的實驗原理圖，在未接入熱泵系統(tǒng)前，通過外置水箱進行熱源井內外循環(huán)實驗。其中對系統(tǒng)一熱泵運行的實驗測點布置如圖 2-5 所示：

圖 2-4 實驗原理圖-4 中系統(tǒng)一為中深層地熱源熱泵運行實驗系統(tǒng)圖，從各個熱源井經(jīng)集水器匯合后經(jīng)過水源熱泵機組換熱為辦公樓進行供暖，返熱；系統(tǒng)二為熱源井套管式地埋管換熱器的實驗原理圖，在未接過外置水箱進行熱源井內外循環(huán)實驗。其中對系統(tǒng)一熱泵運行的 2-5 所示：
【參考文獻】

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本文編號：2851339