地热井下换热器—热泵联合使用机理研究

【摘要】：地热能作为一种新能源,具有分布广、成本低、易于开采、洁净及可直接利用等优点。地埋管地源热泵系统和抽灌式地下水地源热泵系统是国内现有的两种主要地热利用模式,其以导热为主的传热模式以及土壤导热系数较低等物性特点决定了地埋管地源热泵系统的单井取热量很有限。另外,抽灌式地下水地源热泵系统的回灌量取决于地层的实际条件,若地热水被大量抽取且不能得到及时补充,其原始平衡将被破坏,会造成地下水位下降,甚至引起地面下沉。上述两种地热利用模式都有自身的局限性,开采新的地热利用模式成为推广地热利用的必要途径。地热井下换热器是一种只取热不取水的地热利用装置,兼有不破坏地下环境及换热效率较高的优点。另外,我国地热资源主要以中低温为主,为了弥补地热热储温度较低的缺陷,本文提出并研究了地热井下换热器与热泵联合供热的地热利用新模式。 本文首先建立了井下换热器系统的导热模型。模型把原始地层温度剖面划分为两部分,即井壁内的纯流体区及井壁外侧的多孔介质区,模型考虑了井下换热器进出水管间的导热,通过建立一维稳态导热微分方程组和边界条件,理论求解了进出水管内水温随深度变化的函数关系,再通过编程获得理论计算结果。 本文利用实验室模拟条件下得到的井下换热器传热性能数据,对井下换热器供热系统的热力学参数进行了理论分析研究,包括有、无热泵,以及末端设备分别为风机盘管和普通散热器组合下的四种情况。通过建立热力模型,改变主要设计与运行参数,编程计算,得到了不同设计和运行参数对供热回路中各点温度和采暖热负荷的影响,拟合并分析曲线走势。 在河北省沙城建立了一套地热井下换热器—热泵联合供热系统和试验数据采集系统,并对一个冬季的供热试验数据进行了整理分析,通过对比范围分析本次试验数据与导热理论模型数据的结果表明,井下换热器取热量的绝大部分归功于井下换热器内的自然对流;最后,通过试验采集数据,整理出了一组实际地热井下换热器传热性能的准则关联式。 【关键词】：地热 井下换热器 热泵 自然对流 供热
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK523
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外井下换热器系统研究及利用现状10-13
• 1.3 本课题的主要任务13-14
• 1.3.1 课题的前期工作概述13-14
• 1.3.2 本论文主要研究内容14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 井下换热器导热取热模型15-29
• 2.1 导热模型建立15-20
• 2.2 理论数据分析20-26
• 2.3 井壁内不同填料对取热影响26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 井下换热器—热泵系统联合供热热力分析29-45
• 3.1 井下换热器—热泵系统工作原理29-30
• 3.2 风机盘管作为末端设备的热力分析30-38
• 3.2.1 风机盘管热流量30-33
• 3.2.2 模型建立33-35
• 3.2.3 给定设计参数35-38
• 3.3 普通散热器作为末端设备的热力分析38-43
• 3.3.1 模型建立38-39
• 3.3.2 给定设计参数39-43
• 3.4 程序框架43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 井下换热器—热泵系统供热设计及试验研究45-55
• 4.1 换热器类型45-46
• 4.2 塑料管换热器试验系统组成及数据处理46-48
• 4.3 铜管换热器试验系统组成及数据处理48-50
• 4.4 供热系统组成50-53
• 4.5 试验误差分析53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 井下换热器传热性能研究55-61
• 5.1 传热性能影响因素55-56
• 5.2 稳态条件下自然对流准则方程式56-58
• 5.3 Nusselt 数对比分析58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-66
• 发表论文和参加科研情况说明66-67
• 致谢67

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