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地下水源热泵温室利用系统回灌模拟试验研究

作　者: 程希
导　师: 王琪
学　校: 吉林农业大学
专　业: 农业水土工程
关键词: 地下水源热泵温室利用系统回灌物理模拟 Visual MODFLOW数值模拟
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

日光温室是在露地不适于作物生育的情况下,由人为创造适宜环境条件来进行作物栽培的场所。这个场所内的环境因子一光、温、水、气、土壤及营养元素等虽然在很大程度上受外界诸因子的影响,即在许多方面与露地有共同之处,但也存在着许多根本的差别,同时,日光温室设施还可以使在露地生产中无能为力的环境调控成为可能。目前,中国大型连栋温室主要以中小型燃煤锅炉作为加热设备。这不但造成能源的浪费,同时,由于二氧化碳、烟尘和灰渣的排放,也带来了环境问题。因此,有必要研究大型连栋温室替代燃煤锅炉加温的技术。考虑到经济方面的因素,这对于城市近郊和观光旅游区的大型连栋温室更具有实际意义。水源热泵技术是20世纪70年代发展起来的一项新型节能技术,采用水源热泵加温,其制热系数可达3.5-4.5,被称为21世纪最有效的供热和制冷技术。水源热泵的节能性和环保性,大大缓解了日光温室对化石能源的依赖和环境的污染,具有相当的研究推广价值!地下水源热泵温室利用系统——是把地下水源热泵应用于日光温室中的一套暖通系统工程。本试验以吉林市岔路河镇的一连栋温室为研究对象,首先对系统的可行性进行分析(包括经济性分析、技术性分析、环境性分析),其中关键是经济性分析和地下水回灌技术的可靠性验证；然后,针对该温室进行地下水源热泵温室利用系统工程设计；最后,为了解决地下水回灌的问题,设计了沙箱回灌模拟试验,进行了试验室物理模拟和Visual MODFLOW数值模拟。地下水模拟试验是刻画、表征和再现地下水系统的一种有效工具和常用手段,可以模拟地下水系统特征及其应力响应的预测,可以解决复杂水文地质条件和地下水开发利用条件下的地下水资源评价问题,已成为研究地下水系统最有效、应用最广泛的方法之一。物理模拟方面,主要有电模拟、粘滞流模拟和薄膜模拟等。结合试验的条件,采用了沙箱中粘滞流模拟。不但完成了试验沙箱、抽灌井、水循环系统、观测孔等的设计和布置,并且进行了承压水在完整井中的抽灌过程模拟。通过分析试验数据,可以得出以下规律：试验过程中含水层中各点孔隙水压力值随抽水井不断的将含水层中的水抽出而逐渐降低；承压含水层水头值以抽水井为中心成典型的漏斗状；运行一段时间后,测压管1和测压管4的水头变化受抽水和定水头边界水头变化双重影响,但是对定水头边界水头变化更加敏感；在远离抽水回灌井的区域的测压管水头所受影响较小,回灌水的流动受抽水井和回灌井相对位置的影响非常显著；当先进行抽水之后,过一段时间再回灌与抽水与回水同时进行二者比较,后者回灌更容易。数值模拟方面,我们采用了目前国际上最流行且被各国一致认可的三维地下水流和溶质模拟评价的标准可视化专业软件系统——Visual MODFLOW。该系统是由加拿大Water-loop水文地质公司在原MODFLOW软件的基础上应用现代可视化技术开发研制的,并于1994年8月首次在国际上公开发行。由于求解误差、插值误差、模型刻画误差等的存在使计算机数值模拟跟现实水流还是有差距,导致本次物理试验数据与数值模拟的拟合不太好。期待未来的计算机数值模拟的发展将会尽可能地减少以上3个误差对精确度的影响。物理模拟试验与数值模拟的拟合,为地下水源热泵工程的前期可行性分析提供了科学的模拟试验方法,为地下水源热泵温室利用系统回灌技术的可行性提供了可靠依据。此模拟试验在地下水回灌工程可行性研究方面的推广,将大大节省回水项目的技术可行性分析花费的人力、物力和时间。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-11
  1.2 水源热泵在国内外应用研究的现状及面临问题  11-13
  1.3 本论文研究的内容及意义  13-15
第二章地下水源热泵温室利用系统可行性应用分析  15-32
  2.1 水源热泵系统的应用条件  15-21
  2.2 地下水源热泵温室利用系统可行性分析  21-32
第三章地下水源热泵温室利用系统工程设计  32-40
  3.1 地下水源热泵温室利用系统总体设计  32-33
  3.2 地下水供水系统形式的选择  33
  3.3 工程项目所需的地下水总量的确定  33-34
  3.4 热源井的设计与施工要点  34-38
  3.5 地下水回灌应用技术  38-40
第四章地下水回灌物理模拟试验设计  40-49
  4.1 回灌模拟试验方案概述  40-41
  4.2 试验设计及具体实施  41-45
  4.3 模拟试验过程及数据采集  45-46
  4.4 模拟试验结果初步分析  46-49
第五章 MODFLOW地下水数值模拟研究  49-61
  5.1 MODFLOW程序简介  49-54
  5.2 物理试验结果的数值模拟和分析  54-61
第六章结论  61-63
  6.1 成果  61
  6.2 总结  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
作者简介  67

地下水源热泵温室利用系统回灌模拟试验研究

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