地热换热器传热模型和设计计算的进一步研究

【摘要】： 目前,国家正在全力建设环境友好型、资源节约型的社会,节能减排成为一项重要的举措,地源热泵这种环保节能的新型空调系统得到了国家的大力扶持。地埋管地源热泵系统在中国的大规模推广应用受到三个因素的制约,即初投资较高、地埋管的占地面积以及系统全年冷热负荷不平衡的问题。本文就针对初投资较高提出了两项措施,一是在适当的条件下采用水平螺旋埋管换热器代替竖直埋管换热器,二是在“地热之星”计算软件的基础上进一步优化地热换热器的设计计算方法。 首先,提出了适合工程设计计算的水平螺旋埋管换热器的传热模型。该模型以无限大介质中的一维非稳态传热为基础,同时考虑水平埋管密度的影响以及长期平均负荷和短期脉冲负荷的不同作用。根据该传热模型编写应用软件,使用者输入参数即可计算所需要的埋管容量。在此基础上讨论了主要的设计参数,如单位面积埋管量和土壤的热物性对水平螺旋埋管换热器的影响。结合一工程实例,计算了在一定的埋管布置形式下埋管的设计容量,并针对所需要的占地面积、埋管长度、系统的初投资情况和竖直埋管换热器进行了比较。 其次,改进“地热之星”计算软件中对多钻孔换热器的设计计算方法,提高设计和模拟计算的准确性。原有的方法采用最不利钻孔的温升作为整个换热器的温升来计算,对于大型的地埋管换热器可能造成较大的偏差。本文提出了采用代表性钻孔代替最不利钻孔来进行设计计算；提出均方差系数的概念,讨论分析了多个钻孔换热器各个钻孔之间的不平衡性；计算了最不利钻孔的温升与换热器平均温升的相对差值,阐明了寻找代表性钻孔的必要性。通过计算多种不同矩阵型布置的地埋管换热器中各个钻孔的温升,找到最有代表性钻孔的位置,并总结出一定的规律,以推广应用于其他更一般的情况。 最后,分析讨论了地下水渗流对地埋管换热器传热的影响。当地下水流向与钻孔矩阵布置不平行时,通过实现钻孔区域温度场叠加,绘制了已知埋管布置形式在一定流向下的等温线族,并将其做成随时间变化的动画。然后,主要讨论了渗流流向、渗流流速、钻孔间距、钻孔的排列形式对换热器平均温升和钻孔不平衡性的影响。同时,讨论了变负荷工况下,有地下水渗流的换热器的温升,以月为时间间隔,计算了钻孔壁和循环液的月平均温度,分析比较了不同的流速对钻孔壁和循环液月平均温度的影响,并和无渗流情况进行了比较。 【关键词】：地源热泵 地埋管换热器 传热模型 水平螺旋埋管 代表性钻孔 地下水渗流
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 地源热泵系统空调系统简介11-14
• 1.2.1 地源热泵工作原理11-12
• 1.2.2 地源热泵分类12-14
• 1.2.3 地埋管布置形式14
• 1.3 水平埋管换热器国内外研究现状14-15
• 1.4 地下水渗流对地埋管换热器影响的研究现状15-18
• 1.5 本课题研究背景及内容18-20
• 1.5.1 研究背景18-19
• 1.5.2 研究内容19-20
• 第2章 水平螺旋埋管换热器的传热模型的研究20-34
• 2.1 引言20-21
• 2.2 水平螺旋埋管传热模型21-26
• 2.2.1 土壤温度的分布21-22
• 2.2.2 平面热源传热模型22-23
• 2.2.3 从管内流体到热源平面的传热23-25
• 2.2.4 埋管内流体的进出口极值温度25
• 2.2.5 负荷简化传热模型25-26
• 2.3 工程实例分析26-32
• 2.3.1 工程概况26-27
• 2.3.2 计算结果27-28
• 2.3.3 和竖直钻孔埋管的比较28
• 2.3.4 参数的影响分析28-32
• 2.4 本章结论32-34
• 第3章 地埋管换热器代表性钻孔的选择34-48
• 3.1 引言34-35
• 3.2 钻孔之间的不平衡性35-39
• 3.2.1 均方差系数表示不平衡性36-37
• 3.2.2 最不利钻孔与平均值的差异37-38
• 3.2.3 排布方式对钻孔不平衡性的影响38-39
• 3.3 代表性钻孔的选择39-45
• 3.4 钻孔间距的影响45-47
• 3.5 结论47-48
• 第4章 有地下水渗流的地埋管换热器传热模型48-68
• 4.1 引言48
• 4.2 二维数学模型48-50
• 4.2.1 温度解析解48-49
• 4.2.2 钻孔壁的平均温度49-50
• 4.3 多钻孔地埋管换热器的温度分布50-53
• 4.4 地埋管换热器温升的讨论53-56
• 4.4.1 各个钻孔的温升53-54
• 4.4.2 渗流流向对温升的影响54-55
• 4.4.3 渗流流速对温升的影响55-56
• 4.4.4 钻孔间距对温升的影响56
• 4.5 地下水对钻孔温升不平衡性的影响56-58
• 4.6 排列形式的影响58-61
• 4.7 变负荷工况下的温度响应61-62
• 4.8 使用钻孔内传热的模型计算地热换热器相应的出水温度62-64
• 4.9 计算实例64-67
• 4.10 本章小结67-68
• 第5章 结论与展望68-71
• 5.1 结论68-69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于工业余热—地源热泵复合系统的地下蓄热研究    高承苗

地下水流动对埋地换热器影响的模拟研究    魏晋;

水平埋地管换热器夏季瞬态工况的实验与数值模拟    李元旦,魏先勋

土壤热源与热泵联接运行冬季工况的试验研究    张昆峰，马芳梅，金六一，汤建华

水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型    孙纯武,张素云,刘宪英

地源热泵——建筑节能新技术    刁乃仁,方肇洪

竖直埋管地热换热器钻孔内的热阻    曾和义,刁乃仁,方肇洪

土壤源热泵系统设计方法    胡建平

热渗耦合作用下地下埋管换热器的传热分析    范蕊;马最良;

渗流对富水土壤传热特性影响的实验模拟研究    林俊;胡映宁;刘涛;王成勇;

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟    李素芬;王金香;葛玉林;东明;

热渗共同作用下地下换热器的初步实验研究    姚杨;李斌;范蕊;马最良;

热水采暖系统常用管材综合性能评价    白莉;陈朝;李锋;

中国地区土壤源热泵系统研究进展评述    袁艳平;曹晓玲;雷波;杨从辉;

复合墙体室内温度响应研究    许建柳;

大型锻件热处理过程的数值模拟研究    崔晓龙,万妮丽

地源热泵长期运行对生态环境的影响    王艳霞;蒋绿林;高伟;

烟叶烘烤能耗与节能途径分析    宋朝鹏;艾绥龙;王胜雷;李先锋;宫长荣;

日光温室微气候模拟研究    王兰;陈佩寒;李敏霞;

地下水流动对埋地换热器影响的模拟研究    魏晋;

单点源滴灌条件下土壤渗流规律研究    管英柱;

用内膛表面温度评估缓蚀添加剂的作用效果    葛朝晖;余永刚;曹连忠;梁西瑶;袁威;

内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究    张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;

水平螺旋埋管地源热泵的研究    林芸;赵强;方肇洪;

太阳能热水系统贮热水箱温度分层实验结果及分析    姚春妮;郝斌;贾春霞;

厦门某洗涤中心蒸汽系统设计及凝结水回收的节能效益分析    赵建民;

螺旋埋管地热换热器的线圈热源模型    李新;方亮;赵强;张方方;方肇洪;

基于环路拓展的集中供热系统的原理与应用    陈华敏;李永安;

毛细管平面辐射空调传热特性的研究    刘学来;李永安;

非稳态下翅片管气化器霜层内温度分布数值研究    谢福寿;陈叔平;姚淑婷;韩宏茵;常智新;

土壤源热泵地下埋管传热强化与控制的试验研究    杨卫波;王松松;刘光远;张苏苏;

Turbo-B类池沸腾双侧强化管传热性能实验研究    姜帆;欧阳新萍;李海珍;张同荣;

密度锁内水力特性的研究    谷海峰

扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究    梁钦锋

微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究    汪洋

缸盖冷却水套内沸腾传热特性的研究    傅松

振荡流热管换热器换热性能及其在干燥系统中的应用研究    柴本银

高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究    李国富

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

基于数据挖掘的大型燃煤发电机组节能诊断优化理论与方法研究    王宁玲

蓄冷降温式太阳电池组件材料和热特性的理论与实验研究    秦红

环路热管多孔结构的毛细抽吸性能及其制备与优化    李金旺

直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析    张东

热电厂能量利用与节能技术改造研究    李华

强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究    丁铜伟

化学回热器结构设计及性能分析    许亮

增压锅炉过热器动态性能仿真研究    曹和平

基于有限体积法的液滴撞击固体平壁数值模拟    王宗鹏

薄膜热物性的测试系统研究    吕安新

冻土带可燃冰成因机理研究    李彬彬

1025t/h锅炉冷态启动汽包寿命有限元计算    刘文会

贵州高墩大跨PC连续刚构桥的温度场分析与温度效应研究    曹少辉

地下蓄能及其对地热泵系统的作用    高青;JD Spitler;李明;于鸣;乔广;

能源资源与能源技术——中国21世纪可持续发展的关键环节之一    吴秀山;

能量地下蓄存及其传热效能分析    高青;李明;江彦;于鸣;乔广;玄哲浩;白钟贤;

地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型    曾和义,刁乃仁,方肇洪

竖直U型管地热换热器的准三维传热模型    刁乃仁,曾和义,方肇洪

U型管地热换热器中介质轴向温度的数学模型    曾和义,方肇洪

双U型埋管地热换热器的传热模型    曾和义,方肇洪

竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析    曾和义,刁乃仁,方肇洪

土壤蓄冷与释冷过程的模拟研究    余延顺;马最良;

我国能源发展现状及对“十二五”能源发展的思考    丛威;周凤起;康磊;

日光温室燃池—地中热交换系统研究    白义奎

基于地理管的太阳能季节性蓄热的地下传热数值分析    王艳

土壤蓄能与土壤源热泵集成系统地埋管换热特性研究    罗苏瑜

中国能源发展评价研究    李训领

大连市水源热泵供热技术发展战略研究    董礼宁

地源热泵热响应试验方法优化及应用    李培

季节性蓄热的太阳能—地源热泵复合系统的研究    张方方

现场测量深层岩土热物性方法    于明志,方肇洪

U型管地下换热系统非稳态传热数值模拟    顾中煊;吴玉庭;唐志伟;马重芳;

垂直埋管地热换热器的传热模型与计算    柳晓雷,王德林,方肇洪

热渗耦合作用下地下埋管换热器的传热分析    范蕊;马最良;

非均匀介质的三维渗流有限元模型    江春波,杜丽惠

土壤冻结对地热换热器传热的影响    于明志,方肇洪,李明钧

地热换热器间歇运行工况分析    崔萍,刁乃仁,方肇洪

竖直埋管地热换热器的稳态温度场分析    曾和义,刁乃仁,方肇洪

U型管地热换热器中介质轴向温度的数学模型    曾和义,方肇洪

有渗流时地热换热器温度响应的解析解    刁乃仁,李琴云,方肇洪

竖直埋管型地源热泵地下传热及热力性能的研究    赵军

地热换热器孔外传热模型研究进展    苏晓;龚东巧;

竖直地埋管换热器优化设计与模拟软件    崔萍;刁乃仁;杨洪兴;方肇洪;

垂直埋管地热换热器的传热模型与计算    柳晓雷,王德林,方肇洪

桩埋管地热换热器的传热分析    张文克;刘俊红;黄体士;武丹;方肇洪;

地源热泵优化设计地热换热器    刁乃仁,方肇洪

地热换热器U型埋管的传热模型及热阻计算    崔萍 ,刁乃仁 ,方肇洪 ,孙长亮

地源热泵竖直埋管的有限长线热源模型    曾和义,刁乃仁,方肇洪

垂直埋管地源热泵的圆柱面传热模型及简化计算    柳晓雷,王德林,方肇洪

地源热泵垂直埋管的传热模型及计算    苏庆勇;

竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析    曾和义,刁乃仁,方肇洪

水平螺旋埋管地源热泵的研究    林芸;赵强;方肇洪;

竖直地热换热器的设计计算    施恂根;苏华;苏劲松;

基于换热能效度的竖直地埋管埋设深度设计    於仲义;陈焰华;胡平放;徐玉党;袁旭东;

岩土热响应测试在地埋管换热器设计中的应用    张志鹏;马宏权;夏振云;李敏;沈玲玲;

基于岩土热响应测试的地埋管换热器取放热量设计计算方法    张志鹏;马宏权;夏振云;史林林;

垂直U型地埋管换热器传热能效特性实验研究    於仲义;胡平放;胡磊;袁旭东;

基于岩土体蓄能平衡的垂直地埋管换热器设计方法    於仲义;陈焰华;胡平放;

合肥地区垂直U型埋管换热器实验分析及模拟    胡宁;王晏平;李雪飞;汪志远;

合肥地区垂直U型埋管换热器实验分析及模拟    胡宁;王晏平;李雪飞;

流量对地埋管换热性能影响的实验研究    张锐;张旭;周翔;董丽娟;唐凯;

安阳县农业综合开发如火如荼    楚国华　李昌奇 楚建军

推广清洁再生能源 打造乌市一片蓝天    李易峰

国内首台商业浅层地温能响应试验台问世    记者 段金平　通讯员 毕文明

地管漏水无法安居 定时供水问题解决    杨力凡

绿色典范的亮丽风景线    铁建晓

上海世博轴江水源与地源热泵联合系统设计    现代设计集团华东建筑设计研究院有限公司 叶大法　吴玲红 梁韬

华清地源热泵供暖制冷节能费用减半    记者 宋莉

世博印象将成现实    李蕾

“绿色低碳车站”下月建成    王丽艳　周兆顺 耿大海

国内首台车载浅层地温能响应试验台交付使用    记者 段金平　通讯员 毕文明

U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究    杨伟

地源热泵地埋管随机传热与可靠性理论研究    刘卓栋

地源热泵U型埋管换热器的变周期模型研究    徐坚

严寒地区土壤源热泵系统地埋管运行特性研究    白天

严寒地区土壤源热泵系统地埋管运行特性研究    白天

地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究    雷海燕

地热换热器的传热问题研究及其工程应用    刁乃仁

超临界循环流化床锅炉水冷壁热负荷及水动力研究    吕俊复

严寒地区季节性自然冷源土壤蓄冷应用基础研究    杨涛

地下能量传输及其传热控制研究    江彦

地热换热器传热模型和设计计算的进一步研究    林芸

桩基螺旋管地热换热器导热模型分析与实验研究    石磊

竖直地埋管换热器模拟快速算法及软件开发    魏鹏飞

水—热耦合作用下地埋管换热特性研究    刘东林

变负荷工况下地源热泵系统的数值模拟    刘德强

地埋管地源热泵系统的水力平衡与优化    徐建军

土壤源热泵垂直U型埋管温度场及热扰动分析    胡志高

考虑地下水渗流影响的竖直地埋管地源热泵系统动态仿真    贺继超

地热换热器循环液温度设定对地源热泵系统影响的分析与研究    王茂盛

地下水渗流对管束式地埋管换热的影响    张坤