本文關(guān)鍵詞：地鐵隧道圍巖毛細管熱泵系統(tǒng)換熱器傳熱特性研究

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【摘要】：地鐵隧道圍護結(jié)構(gòu)與其周圍巖土是一個極大的熱容體,蘊含豐富的可再生能源,可用于供熱供冷。傳統(tǒng)地鐵環(huán)控系統(tǒng)與地埋管地源熱泵系統(tǒng)相互獨立,使城市淺層地熱能的利用受到較大限制。本項目將毛細管網(wǎng)換熱器嵌入地鐵隧道防水層與二襯之間,構(gòu)成嵌入式毛細管換熱器,與地下巖土換熱,從而將地鐵環(huán)控系統(tǒng)與地埋管地源熱泵系統(tǒng)有機結(jié)合起來,從而實現(xiàn)夏季為地鐵站臺供冷,冬季為地上建筑供暖。本文研究的主要內(nèi)容有以下五個方面:一是:分析影響嵌入式毛細管換熱器傳熱過程的因素,考慮毛細管網(wǎng)、圍巖與空氣之間的耦合傳熱關(guān)系,依據(jù)能量方程,建立嵌入式毛細管換熱器傳熱理論模型;二是:根據(jù)嵌入式毛細管換熱器傳熱模型,通過合理簡化并忽略次要影響因素,根據(jù)復合介質(zhì)傳熱理論,利用分離變量法和格林函數(shù)法,得到嵌入式毛細管換熱器的理論解。三是:考慮隧道內(nèi)地鐵系統(tǒng)運行時隧道內(nèi)空氣溫度、列車運行散熱對隧道內(nèi)熱環(huán)境的熱擾,建立熱擾模型,分析考慮熱擾情況下嵌入式毛細管換熱器全年運行后對圍巖溫度場的影響;四是:通過開展地鐵隧道圍巖嵌入式毛細管熱泵系統(tǒng)的毛細管網(wǎng)換熱器與其周圍的圍巖熱響應(yīng)試驗,研究毛細管網(wǎng)換熱器管內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的流量、入口溫度對換熱量的影響,然后利用數(shù)值模擬計算的方法,對比數(shù)值計算值和實驗值,數(shù)據(jù)吻合較好,證明了模型的合理性,最后將實驗值和理論計算值進行對比分析,驗證理論解的可靠性;五是:將模糊優(yōu)化理論應(yīng)用于毛細管換熱器的優(yōu)化設(shè)計,解決了設(shè)計過程中因目標太多考慮不全面和多目標之間相互制約的問題。本項目開展現(xiàn)場測試,建立隧道內(nèi)傳熱模型,考慮毛細管網(wǎng)、巖土與隧道內(nèi)空氣間的耦合關(guān)系,研究圍巖內(nèi)溫度場的時空分布,以預測空氣溫度變化趨勢。最后根據(jù)模糊優(yōu)化理論,建立多目標模糊優(yōu)化計算毛細管換熱器簡化數(shù)學模型,并通過線性加權(quán)法將多目標化為單目標求解。以期為嵌入式毛細管換熱器應(yīng)用和推廣于地鐵隧道工程提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：地鐵隧道 毛細管換熱器 熱泵 傳熱機理 模糊優(yōu)化
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U453;TU83
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題研究的背景與意義12-14
• 1.2 毛細管換熱器發(fā)展和應(yīng)用特點14-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 研究的意義18-20
• 第2章 地鐵隧道毛細管換熱器傳熱理論分析及模型的建立20-30
• 2.1 地鐵隧道圍巖毛細管熱泵系統(tǒng)20-21
• 2.2 以毛細管換熱器作為前端取熱的傳熱模型建立21-29
• 2.2.1 毛細管換熱器外圍巖溫度場傳熱方程23-27
• 2.2.1.1 傳熱數(shù)學方程23-24
• 2.2.1.2 熱源g_i(r,θ,t)的確定24-25
• 2.2.1.3 傳熱方程的解析解25-27
• 2.2.2 毛細管換熱器內(nèi)工質(zhì)溫度場27-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 第3章 換熱器換熱數(shù)值模擬與傳熱分析30-40
• 3.1 物理模型的建立及網(wǎng)格的劃分30-31
• 3.2 邊界條件的設(shè)定31-32
• 3.3 模擬結(jié)果分析32-39
• 3.3.1 夏秋季工況32-34
• 3.3.2 冬春季工況34-37
• 3.3.3 第一年夏天和第二年夏天對比37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 毛細管換熱器與圍巖熱響應(yīng)實驗與分析40-62
• 4.1 實驗目的及原理40-45
• 4.1.1 工程概況40-42
• 4.1.2 試驗系統(tǒng)介紹42-45
• 4.1.2.1 試驗系統(tǒng)構(gòu)成42-43
• 4.1.2.2 實驗儀器43-45
• 4.2 實驗方案與步驟45-46
• 4.2.1 換熱器設(shè)計45
• 4.2.2 實驗方案45-46
• 4.2.3 實驗步驟46
• 4.3 實驗結(jié)果及分析46-53
• 4.3.1 毛細管換熱器周圍圍巖初始溫度的測試46-47
• 4.3.2 毛細管換熱器入口溫度對換熱量的影響47-51
• 4.3.3 毛細管換熱器流量對換熱量的影響51-52
• 4.3.4 毛細管換熱器壓力對換熱量的影響52-53
• 4.4 實驗工況數(shù)值模擬53-59
• 4.4.1 模型的建立和網(wǎng)格劃分53-55
• 4.4.2 邊界條件設(shè)置55
• 4.4.3 模擬結(jié)果分析55-57
• 4.4.4 實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果對比分析57-59
• 4.5 現(xiàn)場實驗實測值和理論計算值對比59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-62
• 第5章 毛細管換熱器多目標模糊優(yōu)化設(shè)計62-70
• 5.1 多目標優(yōu)化及模糊分析處理62-68
• 5.1.1 計變量的選擇63
• 5.1.2 隸屬函數(shù)63-68
• 5.2 實例計算68-69
• 5.3 本章小結(jié)69-70
• 第6章 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 結(jié)論70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻72-77
• 攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及科研情況77-78
• 致謝78

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