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地源热泵土壤换热器温度场数值模拟及技术经济分析

作　者: 赵家威
导　师: 高才
学　校: 合肥工业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 地源热泵 U形管数值传热土壤温度场技术经济
分类号: TK523
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 4次
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内容摘要

地源热泵系统已在东欧和北美等国家获得广泛应用,但在我国尚处于起步阶段。目前国内土壤源热泵系统的设计仍是经验性的,即使有一些可供借鉴的理论依据,但由于地质、气候、系统类型、材料选择等的差异,这些理论的应用范围非常有限。近年来蓬勃发展的数值计算给地源热泵系统的设计提供了很好的解决方案,很大程度上弥补了理论分析的不足。现有的有关地源热泵数值模拟的研究中,不仅多数是进行稳态工况的分析,而且还通常将埋地U形管简化成线热源,没有考虑流固耦合的换热特性。因此,如果能针对土壤埋管进行非稳态分析,同时考虑流固耦合的传热问题,将有助于提高系统设计的精度。此外,针对整个地源热泵的技术经济分析,也将为系统的节能降耗提供新的思路。论文首先介绍了地源热泵的研究背景和系统结构,然后介绍了与换热器相关的土壤特性及U型管换热模型。模拟了土壤源换热器二维稳态和非稳态温度分,利用技术经济分析方法分析了系统各部件能量损失。主要内容有:(1)模拟不同运行工况下地源热泵地埋U形管的传热量(热流密度)和土壤温度场;(2)通过数值模拟考察埋管深度、U形管进出水温和流速、管径、土壤和回填土等因素对U形管周围土壤温度分布的影响;(3)针对地源热泵系统,采用技术经济分析方法,寻求最佳运行模式。结论:(1)流体温度升高时,土壤深度方向上换热器与土壤的换热能力下降,径向外延换热能力上升;(2)流体速度对换热器的换热影响很小;(3)管材、回填土的导热率越大,换热效率越高;(4)火用损主要是由系统中的压缩机、换热器和循环泵的不可逆损失引起。降低流体阻力损失和减小传热温度差是降低不可逆火月损的重要方法。

地源热泵土壤换热器温度场数值模拟及技术经济分析

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