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基于蒙特卡罗法的地源热泵地埋管随机传热分析

作　者: 陈德超
导　师: 陈志华
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 地埋管蒙特卡罗法随机有限元灵敏度
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着社会的不断发展,城市化进程的逐渐推进,建筑能耗不断加大,能源的短缺,使得节能减排成了人们关注的热点。地源热泵技术以其良好的节能、环保优点,在建筑中有广泛的应用前景。在大量查阅地源热泵相关文献的基础上,指出地源热泵地埋管传热过程中存在着很多随机性影响因素。为了体现这些参数的随机性,更准确的研究地埋管传热特性,本文基于地埋管流固耦合模型,以地埋管为研究对象,选取多种参数为随机变量,在均匀分布情况下,运用蒙特卡罗随机有限元法分析了地埋管的随机传热特性。主要工作如下：建立地埋管传热数学模型,模型分为两部分,一部分是U型埋管内流体的流动模型,另一部分是埋管周围温度场分布半径内的土壤传热模型；分析地源热泵地埋管传热过程中随机影响因素,如土壤热物性、土壤温度、U型管入口温度、管内流速、埋管半径及埋深等统计特征；模拟地源热泵地埋管夏季运行工况,采用FLOTRAN CFD建立流固耦合模型,得出地埋管及周围土壤的温度场分布,并在此基础上,运用拉丁超立方法,建立随机分析模型,采用概率方法分析反映地埋管传热特性的出口温度及换热量,并分析其对各随机参数灵敏度；分析出口温度及换热量随入口温度、土壤温度、管内流速、土壤热物性系数、U形管埋深和等效半径等影响地埋管换热性能参数的变化规律。分析其变化的原因,综合考虑出口温度和每延米换热量,给出各个参数的优化设计意见。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题的研究背景  9-10
  1.2 地源热泵系统  10-12
    1.2.1 地源热泵原理  10-11
    1.2.2 地源热泵优点  11-12
  1.3 地源热泵研究现状  12-14
    1.3.1 国外地源热泵研究现状  12-13
    1.3.2 国内地源热泵研究现状  13-14
  1.4 随机有限元法发展及在传热学中的应用  14-15
  1.5 主要研究内容  15-17
第2章地埋管流固耦合模型  17-23
  2.1 引言  17-18
  2.2 周围土壤的热传导模型  18-20
    2.2.1 导热微分方程  18
    2.2.2 导热定解条件  18-20
  2.3 U型管内流体流动及与换热模型  20-22
    2.3.1 紊流控制方程  20-22
    2.3.2 紊流边界条件  22
  2.4 本章小结  22-23
第3章地埋管随机传热分析方法  23-30
  3.1 引言  23
  3.2 随机参数  23-27
    3.2.1 土壤热物性  23-24
    3.2.2 土壤初始温度  24-25
    3.2.3 管径、管长及管内流体  25-27
  3.3 蒙特卡罗随机有限元法  27-29
  3.4 本章小结  29-30
第4章地埋管随机传热模拟  30-53
  4.1 流固耦合有限元模型  30-36
    4.1.1 FLOTRAN CFD分析概念  30
    4.1.2 FLUID 141单元  30-31
    4.1.3 计算模型  31-36
  4.2 随机有限元分析  36-38
    4.2.1 ANSYS随机分析概念  36-37
    4.2.2 随机分析模型  37-38
  4.3 灵敏度分析  38-42
    4.3.1 灵敏度分析方法  38
    4.3.2 数据分析  38-42
  4.4 单因素影响分析  42-52
    4.4.1 土壤热物性的影响  43-44
    4.4.2 埋管入口温度的影响  44-46
    4.4.3 土壤温度的影响  46-47
    4.4.4 埋管深度的影响  47-48
    4.4.5 管内流速和管等效半径的影响  48-51
    4.4.6 主要因素的拟合方程  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章结论与展望  53-55
  5.1 结论  53-54
  5.2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表论文  60

基于蒙特卡罗法的地源热泵地埋管随机传热分析

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