發(fā)布時間：2020-11-09 09:36

　　 海洋占地球面積的71%,是一個巨大的可再生能源庫,適合作水源熱泵的低位熱源與熱匯。我國寒冷地區(qū)海水源熱泵系統(tǒng)的運行受到海水溫度、氣候條件等多方面影響,使其正常穩(wěn)定運行需要復(fù)合其它能源,海岸井取水海水源熱泵系統(tǒng)是綜合利用海水和地下巖土熱能的一種可再生能源利用系統(tǒng)。海水在地下巖土中滲流換熱過程涉及的地塊尺寸大,多井系統(tǒng)影響因素多,數(shù)值計算所需時間長,且也不易找到各影響因素之間的一般內(nèi)在關(guān)系,建立快速求解的半解析模型、提高系統(tǒng)優(yōu)化速度十分必要。受實際工程條件限制,難以實現(xiàn)對不同實驗工況進行研究,搭建相似實驗臺并對相似準(zhǔn)則數(shù)之間的關(guān)系進行理論研究,開展海水源熱泵多井取水系統(tǒng)滲流換熱特性的研究,使研究成果能有效地推廣應(yīng)用于工程設(shè)計中,具有重要的理論意義和實用價值。由于海水源熱泵供熱技術(shù)在中國沿海區(qū)域規(guī)�；瘧�(yīng)用前,需要對已建海水源熱泵系統(tǒng)運行情況進行實測與分析,因此分別對大連直接取水和海岸井取水的海水源熱泵系統(tǒng)進行了實地調(diào)研與測試。其中直接取水系統(tǒng)的供熱季平均海水溫度為5.83℃,機組和系統(tǒng)平均COP分別為2.99和2.30;海岸井取水系統(tǒng)的供熱季平均海水溫度為12.85℃,機組和系統(tǒng)平均COP分別為4.66和3.70。海岸井取水系統(tǒng)與直接取水系統(tǒng)相比,由于其取水溫度更高且更穩(wěn)定,海岸井取水方式可以提高海水源熱泵系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和運行效率。本文建立了一種快速求解的多井取水系統(tǒng)滲流換熱模型。引入映射理論處理海岸線邊界條件,疊加原理處理多井系統(tǒng),解決了海岸線邊界與多井系統(tǒng)建模方面的難點。建立并解析求解滲流模型,不僅大大減少了計算時間,而且可以系統(tǒng)地分析多井取水系統(tǒng)各影響因素之間的定性和定量關(guān)系。由于海岸井取水系統(tǒng)在主流方向上的貝克利(Peclet)數(shù)均大于4個數(shù)量級,滲流換熱以對流的影響為主,因此在換熱模型構(gòu)建中忽略導(dǎo)熱項,以進一步提高計算速度。并且基于MATLAB平臺編制了海岸井取水滲流換熱系統(tǒng)模擬軟件。為解決海岸井滲流換熱實測研究中,受地域和現(xiàn)場條件限制而導(dǎo)致實測結(jié)果的局限性問題,本文設(shè)計和建造了多井取水系統(tǒng)滲流換熱的實驗臺,驗證了海岸井取水系統(tǒng)滲流換熱模型的準(zhǔn)確性;并進一步對建立的模型進行相似理論分析,找到一些相似準(zhǔn)則數(shù)。對不同工況(抽水井的個數(shù)和位置、抽水流量、抽水時間)進行理論與實驗研究,獲得了單井和雙井滲流換熱半經(jīng)驗準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式即準(zhǔn)則數(shù)之間呈指數(shù)關(guān)系。過余溫度(?)隨著傅里葉數(shù)Fo、流量準(zhǔn)則數(shù)D和位置準(zhǔn)則數(shù)R的增加而減少,準(zhǔn)則數(shù)對過余溫度(?)的影響從大到小分別為傅里葉數(shù)F0、位置準(zhǔn)則數(shù)R和流量準(zhǔn)則數(shù)D。針對多井取水系統(tǒng)的影響因素多,且不易明確因素之間的交互作用,提出了基于本文建立的快速求解模型的一種優(yōu)化方法——分步枚舉法,解決了大尺度區(qū)域多井系統(tǒng)的可行方案數(shù)量眾多且優(yōu)化工作量巨大的難題。以某37000m2的建筑項目為例,以生命期費用為優(yōu)化目標(biāo)的顯著性因素優(yōu)化結(jié)果為.:比熱容1260J/(kg·K),滲透系數(shù)0.0007m/s,地塊寬度750m,地塊長度500m,海岸井排數(shù)1排,海岸井列數(shù)3列。分步枚舉法與枚舉法相比節(jié)約了優(yōu)化時間,與正交法相比提高了優(yōu)化精度的同時,優(yōu)化結(jié)果具有更好的可分析性。該優(yōu)化方法能夠滿足工程規(guī)劃和設(shè)計要求,宜被工程設(shè)計師掌握,彌補了目前多井取水換熱工程僅根據(jù)隨機選擇的試驗井水文地質(zhì)報告進行設(shè)計的不足。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU83
【部分圖文】：

家裘布依Ｇ．Ｄｕｐｕｉｔ），在達西定律的基礎(chǔ)上，根據(jù)大一事實提出了裘布依，假設(shè)即忽略重力方向分速度將，推導(dǎo)了地下水流向井內(nèi)的平面流運動公式，把達西］。在達西定律和裘布依假設(shè)的基礎(chǔ)上，１９３５年泰斯律，在數(shù)學(xué)家Ｃ．Ｉ．盧賓幫助下，在含水層為均質(zhì)、各無側(cè)向補給、原始水位水平的假設(shè)條件下，列出了描方程，稱為泰斯公式。泰斯公式的出現(xiàn)開創(chuàng)了現(xiàn)代地０年，Ｍ．Ｋ．哈伯特提出了流動勢的概念，引入疊加原水層中的井流計算提供了有力的工具。??達西定律的適用條件是層流，而破壞達西定律就是出實驗表明，并不是所有的地下流體的層流運動都服從運動到不服從達西定律的層流運動再過渡到湍流運動明顯的分界線。這是因為在多孔介質(zhì)中，空隙的大小，有些空隙的流動轉(zhuǎn)變了，有些空隙中還沒有變化，

Ｓｙｓｔｅｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒｏｕｎｄ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ?ａｐｐａｒａｔｕｓ?ｕｎｄｅｒ?ｃｏｕｐｌｅｄ?ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ?ｈｅａｔ?ａｄｖｅｃｔｉｏｎ??據(jù)相似傳熱理論將大型土壤源熱泵系統(tǒng)縮小為與其相似的微型實驗１．５所示，實驗研宄不同工況下有滲流土壤源熱泵系統(tǒng)的地下傳熱度對土壤熱泵系統(tǒng)地下傳熱特性的影響１９６］。袁琛利用土壤源熱泵系統(tǒng)研究３種土壤環(huán)境中（千土壤、飽和土壤、非飽和土壤）的雙埋管（單地埋管連續(xù)運行、雙地埋管連續(xù)運行、雙地埋管間歇運行）卜響Ｗ素，以及３種土壤環(huán)境下的能效特性｜９７１。??ＩＨ力水鍆?同?，??４?一－ｄ?：－耳７，?Ｌｊ??采免投塊ｉｉｗ機??：：４ｂ？－?－?丨＇？？＇????Ｘ＇?＾?測?一廠??ｆ＇流溫?ｒＴ?Ｉ，，?｜??１１麟?＂電?，ｉＴ＿’?‘」＇」??？?＇?＂＇Ｉ?頌?ａ??一

行了有滲流和無滲流實驗，隨著地下水滲流速度的增加，土壤導(dǎo)熱系數(shù)也隨之增加。地??下水滲流對地下埋管換熱器的換熱影響很大｜９８］。??張琳琳基于達西定律設(shè)計搭建了縮尺砂箱實驗臺，實驗臺示意圖如圖１．６所示，進??行了飽和砂以及有滲流作用時砂中單根和多根線熱源散熱的溫度響應(yīng)實驗，將中心電加??熱棒放置在砂箱的中上游，用來代替單管進行實驗測試，并在其左右兩側(cè)和下方０．１２ｍ??處各放置１根電加熱棒，即采用４根電加熱棒來代替管群進行實驗測試，得到了不同??散熱功率工況下各測點的動態(tài)溫升曲線，并利用實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場熱響應(yīng)測試數(shù)據(jù)分別驗??證了相關(guān)模型解的準(zhǔn)確性和可靠性［９９］。??迸水口??＞惑＿議＿鐘＿，論孔?——??％?低渥恒涵水ｉｆ??、、＇＼??ｉ?Ｉ?Ｉ???＾?｜￣?｜??砂箱?Ｉ?Ｉ?—－—？?ｊ??｜?ｊ?Ｆ?ｊ?ｆ??？＇??＾＜１；?＜．＊?＞Ｊ，．?＇?ｒ?????Ｋ輯４斧ｉ鋒４談’＾??ｚ畜顏?ｉｉ?＿＿ｉ＿ｌ?丨?Ｍｆ’?，，?Ｉｔ?Ｎ－％ｌ?－???Ｊ??ｙ下戎筆?１??出水口／?ｉ?、?Ｊ??圖１．６砂箱實驗臺示意圖??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓａｎｄ?ｂｏｘ?ｓｙｓｔｅｍ??馮琛�。睿眩眩萁⒘说卦礋岜蒙跋鋵嶒炁_
【參考文獻】

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本文編號：2876223