【摘要】：地?zé)崮苁且环N清潔可再生能源,而地源熱泵技術(shù)廣泛地用于提取淺層地?zé)崮堋Ｍ寥涝礋岜孟到y(tǒng)是利用地下埋管換熱器將巖土中蓄存的能量提取出來的淺層地?zé)崮芾孟到y(tǒng)。作為吸熱與排熱的場所,研究巖土層內(nèi)吸放熱過程中熱濕耦合機(jī)理對(duì)于土壤源熱泵系統(tǒng)高效利用有著非常重要的意義。本文將格子玻爾茲曼方法(以下簡稱LBM)作為數(shù)值模擬方法,針對(duì)巖土層吸熱過程中相變薄區(qū)和多孔介質(zhì)內(nèi)部氣液相變與流動(dòng)過程進(jìn)行了詳細(xì)研究。首先,在LBM方法理論基礎(chǔ)上,對(duì)主要模型進(jìn)行了對(duì)比選擇,探討了LBM中的幾種常見邊界條件以及適用范圍。詳細(xì)闡述了Shan-Chen模型和Gong-Zheng相變格子玻爾茲曼模型,為后文氣液相變與流動(dòng)模擬研究提供理論基礎(chǔ)。其次,研究了吸熱過程中巖土層相變薄區(qū)內(nèi)氣液相變熱質(zhì)傳遞及流動(dòng)過程。重點(diǎn)研究了不同壁面溫度和壁面潤濕性對(duì)于相變薄區(qū)內(nèi)流場及溫度場的影響。結(jié)果表明,氣泡生成脫離壁面時(shí)間隨壁面過熱度的增大而減小。汽化核心處溫度越高,氣相生成脫離壁面所用的時(shí)間越少,氣泡直徑越大;氣泡脫離壁面時(shí)間隨接觸角的增大而減小。親疏水性決定著形成氣膜的難易程度,從而影響著固壁-液相間的熱量傳輸。接觸角越大,溫度場內(nèi)的熱傳遞效果越好。最后,研究了吸熱過程中巖土層土壤多孔介質(zhì)內(nèi)熱濕耦合過程。重點(diǎn)研究了不同土壤孔隙率、壁面溫度和壁面潤濕性對(duì)于多孔介質(zhì)內(nèi)流場與溫度場的影響。研究結(jié)果表明,多孔介質(zhì)孔隙率越大,對(duì)于初期相變的發(fā)生和和后期氣相的流動(dòng)、氣液之間的相變以及傳熱的阻礙作用變得越小,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的平均速度與平均熱流密度越大;壁面過熱度越高,初始狀態(tài)下氣液相變過程相對(duì)劇烈,計(jì)算域內(nèi)初始平均速度較大,穩(wěn)定狀態(tài)下的巖土土壤層內(nèi)平均熱流密度值越大;壁面潤濕性對(duì)于氣相掙脫地埋管管壁速率有較大關(guān)系。在接觸角越小時(shí),非疏水性較強(qiáng),相變多產(chǎn)生的氣泡更容易形成氣膜,所以其通過微小孔隙的能力也越弱,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)擴(kuò)散距離越近并且對(duì)于固壁面-液相起到傳熱惡化的作用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK521

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本文編號(hào)：2759637