發(fā)布時(shí)間：2019-10-16 19:01

【摘要】：土壤熱學(xué)性質(zhì)在土壤源熱泵換熱器設(shè)計(jì)方面起著決定性作用,但由于土壤的組成以及地質(zhì)、水文等因素的影響,土壤熱學(xué)性質(zhì)的研究相對(duì)較為滯后。砂石混合料是土壤源熱泵系統(tǒng)中常用的回填料,其熱學(xué)性質(zhì)是影響熱泵系統(tǒng)效率的重要因素。因此,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件對(duì)砂石混合料的熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究,分析砂石混合料在不同地質(zhì)、水文條件下熱學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律,為準(zhǔn)確模擬土壤源熱泵系統(tǒng)總體熱交換過程具有重要意義。本文以砂石混合料為研究對(duì)象,根據(jù)一維穩(wěn)態(tài)傳熱理論研制了相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)測量系統(tǒng),并對(duì)砂石混合料進(jìn)行了導(dǎo)熱系數(shù)測試實(shí)驗(yàn)和分析。利用ANSYS WORKBENCH有限元軟件對(duì)均勻分布情況下的填充顆粒形狀、填充體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。主要得到如下結(jié)論:試驗(yàn)部分:砂石混合體導(dǎo)熱系數(shù)隨著固結(jié)壓力的增大而逐漸增大。隨著含石率的增加,由于大粒徑顆粒的骨料隨之增加,使顆粒間的接觸情況得到了改善,導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)隨著含石率的增大而增大;在含石量較小時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)主要由砂土顆粒和礫石兩者共同控制,隨著含石量的增加砂顆粒與礫石顆粒之間的距離變短,砂土顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)小于礫石的導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)致熱量的傳遞更多的靠礫石傳遞,材料的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增加。在低含水量(0%~5%)時(shí),砂石混合體的導(dǎo)熱系數(shù)隨著含水率增大而顯著增大,可達(dá)到64.47%。液態(tài)水的初始加入使砂土顆粒表面形成了一層較薄的水膜,導(dǎo)致顆粒間形成了面接觸,促進(jìn)了顆粒間的熱傳導(dǎo);隨著液態(tài)水的繼續(xù)加入,孔隙中水的含量增加,試樣的導(dǎo)熱系數(shù)隨之增大。數(shù)值模擬部分:通過對(duì)填充形狀為立方體和球體的代表單元體內(nèi)部的溫度和熱流分布的模擬,得到球體填充形狀單元體的溫度差大于立方體填充形狀的單元體,球體填充的單元體對(duì)邊界熱流的影響較小。隨著顆粒填充體積分?jǐn)?shù)的增大,溫度差變小,填充含量增大時(shí)單元體的熱流方向更加明顯。球體填充顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)的在填充含量小于15%時(shí),增長較快,大于15%時(shí)其增長趨勢近似線性增長;立方體填充顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)隨著填充含量的增加變化趨勢逐漸減緩。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O551.3;TU83

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本文編號(hào)：2550122