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芜湖地区土壤源热泵系统的适用性研究分析

作　者: 魏云
导　师: 辛立民
学　校: 安徽理工大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地源热泵 U型管换热器传热模型数值模拟实例验证
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为满足可持续发展的要求,土壤源热泵系统因其自身的优点得以推广应用。地下埋管换热器是该系统的核心组成部分,所以对换热器的研究成为关键。论文以芜湖地区为例,研究分析土壤源热泵系统在芜湖地区的适用性,说明U型土壤源热泵系统在芜湖地区有广阔的开发利用前景。论文首先阐述地源热泵的发展与研究现状和在我国发展土壤源热泵的意义,探讨与土壤源热泵系统密切相关的土壤物性参数,以及土壤源热泵地下换热器的传热原理及模型。接着采用软件GAMBTT建立与U型地下埋管换热器几何形状一致的模型,用软件FLUENT模拟U型管地下换热器和土壤周围的传热特性,分析在非稳态传热情况下各种因素对U型管换热器换热性能的影响,提出提高回填材料及土壤的导热系数等可以增大换热器换热效率。最后通过实际验证指出芜湖地区已经具备了大力开发利用浅层地热能所需的各项条件。此外,针对文章中的不足提出建议,为今后研究明确方向。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-22
  1.1 课题研究背景  13-15
    1.1.1 能源环境与可持续发展  13-14
    1.1.2 我国利用地源热泵的现实意义  14-15
  1.2 地源热泵系统简述  15-19
    1.2.1 热泵的定义  15-16
    1.2.2 地源热泵系统  16-19
  1.3 地源热泵的发展简况  19-21
    1.3.1 国外发展简况  19-20
    1.3.2 国内发展简况  20-21
  1.4 本文工作要点  21-22
2 地源热泵系统在芜湖地区的实用性分析  22-39
  2.1 芜湖地区地理概况  22-23
    2.1.1 地理位置  22
    2.1.2 地形、地貌  22
    2.1.3 水文  22-23
  2.2 芜湖区域地质、水文地质条件  23-31
    2.2.1 区域地质概况  23-28
    2.2.2 区域水文地质  28-31
  2.3 芜湖地热勘查区地热地质条件  31-36
    2.3.1 地热勘查区地质特征  31-32
    2.3.2 工业干道地热异常区  32-36
  2.4 芜湖地区浅层地热能分布特点  36-37
    2.4.1 浅层地热能可利用范围广  36-37
    2.4.2 浅层地热能储量巨大  37
    2.4.3 地温梯度变化有规律性  37
  2.5 浅层地热在芜湖开发的利用前景  37-38
  2.6 本章小结  38-39
3 地源热泵地下U型埋管换热器的传热理论分析  39-51
  3.1 土壤热物性参数  39-44
    3.1.1 孔隙度  39
    3.1.2 比热  39-40
    3.1.3 导热系数  40
    3.1.4 导温系数  40-41
    3.1.5 含水率  41
    3.1.6 饱和度  41
    3.1.7 土壤初始温度  41-44
  3.2 地下埋管传热模型  44-50
    3.2.1 基于线源理论的传热模型  45-46
    3.2.2 基于柱源理论的传热模型  46-48
    3.2.3 地下U型埋管换热模型  48-50
  3.3 本章小结  50-51
4 U型管换热器数学模型及数值模拟  51-61
  4.1 FLUENT软件介绍  51-52
  4.2 模型的建立  52-54
    4.2.1 U型管地下换热器传热过程分析  52-53
    4.2.2 假设条件  53-54
    4.2.3 建立几何模型  54
  4.3 模型网格划分  54-57
  4.4 模型边界的划分  57-58
  4.5 模拟工况参数的设定  58
  4.6 边界条件的设定  58-60
  4.7 本章小结  60-61
5 U型管换热器换热性能的影响因素分析  61-70
  5.1 U型地埋管管材、管径及两支管间距对换热器换热性能的影响分析  61-65
    5.1.1 地埋管管材  61-62
    5.1.2 地埋管管径和两支管间距  62-65
  5.2 回填材料对换热器换热性能的影响  65-67
  5.3 土壤物性对换热器换热性能的影响  67-69
    5.3.1 导热系数的影响  68-69
    5.3.2 比热和密度的影响  69
    5.3.3 孔隙率和含水率的影响  69
  5.4 本章小结  69-70
6 芜湖地热勘查区地热地质条件及地热资源的验证  70-80
  6.1 地源测试井技术要求  70-72
    6.1.1 地源测试井要求  70-71
    6.1.2 地源测试井施工及安装  71
    6.1.3 实验过程和参数  71-72
    6.1.4 传感器校正与误差分析  72
  6.2 地层物性及原始温度  72-74
    6.2.1 地层物性参数  72-73
    6.2.2 地层原始温度分布  73-74
  6.3 试验结果和分析  74-77
    6.3.1 散热试验简介  74-75
    6.3.2 取热试验简介  75-77
  6.4 试验工作小结  77-78
  6.5 地下水及地表水  78
    6.5.1 地下水  78
    6.5.2 地表水  78
    6.5.3 测试结果  78
  6.6 质量评述及建议  78-79
    6.6.1 质量评述  78-79
    6.6.2 建议  79
  6.7 小结  79-80
7 结论与展望  80-82
  7.1 结论  80
  7.2 展望  80-82
参考文献  82-84
致谢  84-85
作者简介及读研期间主要科研成果  85

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