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土壤热物性测试仪的研发与应用

作　者: 于新
导　师: 连之伟
学　校: 上海交通大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地源热泵土壤热物性柱源模型修正垂直U型管
分类号: TU831.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

土壤源热泵空调是一种利用浅层地热的可再生能源空调技术,具有高效节能环保的特点。在地源热泵技术中,地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能有着决定性的影响,而土壤热物性参数是埋地管换热器设计中的关键参数,直接决定了地埋管的长度和地源热泵系统的初投资。因此,准确地获得土壤热物性参数是非常重要的。本文在分析调研国内外研发的土壤热物性测试仪基础上,根据热响应原理研制出了一台以PLC为数据采集和处理核心的土壤热物性测试仪,同时编写了一套计算土壤热物性参数的相关软件。实际应用表明,该测试仪具有操作方便、使用安全、稳定可靠、测试精度高等优点,能够顺利完成土壤热物性的测试任务。在土壤热响应测试实验的基础上,通过对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,提出了针对回填材料的热阻修正因子,并引入了热短路修正方法对循环水平均温度进行修正。同时在综合考虑对Carslaw柱源模型已有修正的基础上,提出了圆柱源综合修正模型。然后借助二维垂直换热器数值模型,将原模型和柱热源修正模型的计算结果进行了比较,证明了修正模型比原模型具有更好的计算精度。本文还进一步分析了回填土导热系数、等价半径、热流不均匀、热短路等因素对计算结果的影响,进一步验证了修正模型的精确性并提出了提高计算速度的方法。本课题的研究提高了土壤热物性参数的计算准确度,对于土壤热响应测试的发展起到了一定的推动作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题背景与研究意义  12-13
  1.2 课题研究现状与存在问题  13-16
    1.2.1 研究现状  13-15
    1.2.2 存在问题  15-16
  1.3 研究内容与方法  16-18
第二章土壤热物性测试仪的研发  18-38
  2.1 土壤热物性测试仪的结构  18-19
  2.2 土壤热物性测试仪的组成  19-24
    2.2.1 水循环系统  19-20
    2.2.2 供电系统  20-21
    2.2.3 数据采集与控制系统  21-24
  2.3 测试仪的工作流程  24-25
  2.4 确定土壤热物性参数的U 型管换热器模型建立  25-31
    2.4.1 线热源模型  25-26
    2.4.2 柱热源模型  26-28
    2.4.3 圆柱源综合模型的提出  28-31
  2.5 土壤热物性参数的计算  31-36
    2.5.1 土壤热物性参数的重要性  31-33
    2.5.2 土壤热物性参数的计算  33-36
  2.6 土壤热物性计算软件的编写  36-37
  2.7 本章小结  37-38
第三章土壤热物性测试仪的应用  38-48
  3.1 热物性测试仪的应用概况  38-40
    3.1.1 工程简介  38
    3.1.2 试验井数据  38-39
    3.1.3 岩土结构  39
    3.1.4 测试过程介绍  39-40
  3.2 测试结果分析与建议  40-42
    3.2.1 土壤热物性参数计算  40-42
    3.2.2 测试结果分析  42
  3.3 热物性参数测试注意事项  42-43
  3.4 埋管换热器管长计算实例  43-47
    3.4.1 管长计算公式  43-44
    3.4.2 建筑全年负荷计算  44-46
    3.4.3 最小管长的计算  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章基于热响应实验的垂直U 型管传热模型研究  48-62
  4.1 修正模型与原模型的对比  48-55
    4.1.1 Trnsys 软件介绍  48-50
    4.1.2 圆柱源综合模型准确度的验证  50-54
    4.1.3 修正模型与原模型计算结果的对比  54-55
  4.2 土壤热物性参数间的相互影响  55-57
    4.2.1 变回填土导热系数  55-56
    4.2.2 变密度比热  56-57
  4.3 各因素对计算结果的影响的分析  57-61
    4.3.1 回填材料热阻对计算结果的影响  57
    4.3.2 热短路修正对计算结果的影响  57-58
    4.3.3 热流不均匀修正对计算结果的影响  58-59
    4.3.4 等价半径选取方法的影响  59-60
    4.3.5 初始计算时刻的选取对计算结果的影响  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章结论与展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-66
附录1 土壤热物性参数计算软件部分程序代码  66-70
致谢  70-71
攻读学位期间取得的成果  71-73

土壤热物性测试仪的研发与应用

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