【摘要】：隨著地鐵隧道熱堆積問(wèn)題逐漸顯現(xiàn),為緩解此問(wèn)題,地鐵廢熱源熱泵系統(tǒng)作為地源熱泵系統(tǒng)的一種新的研究方向被專(zhuān)家提出來(lái)。利用地鐵廢熱源熱泵系統(tǒng)可以將地下空間內(nèi)產(chǎn)生的熱量吸收并在冬季用于地上建筑供暖,地下空間的壁面通常為平面或近似平面,相比傳統(tǒng)的垂直埋管換熱器,若采用平面式換熱器沿地下空間的壁面敷設(shè),其換熱效果更好,施工更方便。地下空間周?chē)鷰r體的熱物性在很大程度上影響著平面式換熱器的設(shè)計(jì),而現(xiàn)有的基于線(xiàn)熱源和柱熱源的巖體熱物性測(cè)試方法并不適用于平面式換熱器,為保證在設(shè)計(jì)平面式換熱器時(shí)能夠充分利用廢熱源和節(jié)約成本,需要準(zhǔn)確獲得實(shí)際工程所在地的巖體熱物性參數(shù)。本課題主要研究一種基于面熱源的巖體熱物性測(cè)試方法,通過(guò)此方法得出準(zhǔn)確的熱物性參數(shù),以期為工程實(shí)踐提供設(shè)計(jì)依據(jù)。首先,通過(guò)簡(jiǎn)化傳熱模型建立面熱源與巖體換熱的一維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型;其次,搭建現(xiàn)場(chǎng)熱物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái),根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試;然后,對(duì)不同工況測(cè)試得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,進(jìn)而求出平面式換熱器中間處熱流密度,并利用數(shù)值解法求出巖體綜合導(dǎo)熱系數(shù)和驗(yàn)證傳熱模型;最后,采用反演計(jì)算法得出巖體的熱物性參數(shù),并與實(shí)際的熱物性參數(shù)作對(duì)比,驗(yàn)證巖體熱物性測(cè)試方法。基于上述內(nèi)容進(jìn)行研究后得出的測(cè)試方法為:⑴選取1m×2m平面式換熱器,將其敷設(shè)在比較平滑的巖體壁面處,并覆蓋一層保溫棉隔絕與空氣之間的對(duì)流換熱;⑵選取不同加熱功率進(jìn)行測(cè)試,每次測(cè)試時(shí)長(zhǎng)不少于4h,建議時(shí)間充足的情況下,在溫度達(dá)到穩(wěn)定后再測(cè)試3至4h左右;⑶當(dāng)進(jìn)行下一組加熱工況時(shí),不需要再次進(jìn)行降溫,根據(jù)平面式換熱器的可移動(dòng)性特點(diǎn),可以將其拆卸下來(lái),敷設(shè)到其它地方,保證不受到第一組工況測(cè)試地點(diǎn)的溫度影響;⑷采用1×2m平面式換熱器時(shí)中心部位換熱量相對(duì)整體占比15%,然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出的總換熱量求出中心部位換熱量,進(jìn)而求出中心部位單位面積熱流密度;⑸當(dāng)所測(cè)巖體未進(jìn)行一襯支護(hù)時(shí),則選用實(shí)際熱物性參數(shù)值;當(dāng)進(jìn)行一襯支護(hù)后,采用數(shù)值解法計(jì)算出當(dāng)溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)熱量傳輸?shù)木嚯x,從而得到巖體與噴射材料的綜合導(dǎo)熱系數(shù),其中一襯厚度根據(jù)實(shí)際取值;⑹采用反演計(jì)算法,將傳熱模型得出的解析解與實(shí)測(cè)平均溫度作對(duì)比,進(jìn)而得出熱物性參數(shù)最優(yōu)值;⑺選取中心部位九處測(cè)點(diǎn),通過(guò)標(biāo)尺估算平面式換熱器與壁面之間存在的空隙厚度,對(duì)九處測(cè)點(diǎn)求平均值,然后求出接觸熱阻。本研究能夠準(zhǔn)確獲得現(xiàn)場(chǎng)巖體的熱物性參數(shù),為合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用地鐵廢熱源熱泵系統(tǒng)提供了參考依據(jù)。
【圖文】：

就可以直接沿地下空間的壁面進(jìn)行敷設(shè)，既可作為熱量收集器，又可作為主動(dòng)降溫的換熱器。平面式換熱器可以大面積敷設(shè)，相比垂直埋管換熱器既節(jié)省了空間又改善了換熱效果。目前，已在某地鐵站內(nèi)完成了地源熱泵系統(tǒng)的示范工程，以毛細(xì)管網(wǎng)作為平面式換熱器，直接敷設(shè)在地鐵隧道的一襯與二襯之間。毛細(xì)管網(wǎng)換熱器具有耐高溫、耐壓、防腐蝕、易彎曲且能夠有效利用低品位能源等優(yōu)點(diǎn)，而且管內(nèi)水循環(huán)時(shí)能量損失較小。針對(duì)地鐵隧道的弧形壁面和工程實(shí)際情況，考慮將毛細(xì)管網(wǎng)作為平面式換熱器敷設(shè)在隧道的一襯與二襯之間，通過(guò)地源熱泵系統(tǒng)給地上建筑供熱或供冷。其工作原理為：冬季毛細(xì)管換熱器通過(guò)利用隧道圍巖所吸收的大量列車(chē)廢熱，支持熱泵機(jī)組單獨(dú)給地上建筑供熱；夏季熱泵系統(tǒng)以制冷模式運(yùn)行，為地上建筑供冷，通過(guò)毛細(xì)管換熱器將熱量蓄存在隧道圍巖內(nèi)。由于列車(chē)的運(yùn)行，隧道內(nèi)全年都有較大的產(chǎn)熱量，考慮到一年中隧道圍巖吸、放熱量的平衡，夏季地上建筑的供冷可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求采用輔助冷源。具體見(jiàn)圖 2.1：

陰影部分占比，具體是在給定平面式換熱器恒定溫度后，通過(guò)運(yùn)行 fluent 對(duì)整理模型進(jìn)行模擬，從而計(jì)算出平面式換熱器總的換熱量和中間陰影部分換熱量而求出中間陰影部位占比。2.3 一維非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型2.3.1 平面式換熱器敷設(shè)圍巖壁面上在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，，將毛細(xì)管網(wǎng)選為平面式換熱器，在將毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)在壁利用鋼釘將其固定在壁面上，并在其上面覆蓋一層保溫棉來(lái)保證能夠隔絕與之間的對(duì)流換熱。對(duì)于毛細(xì)管網(wǎng)的中間部分，認(rèn)為只存在垂直于毛細(xì)管網(wǎng)所在的方向上的熱量傳遞，雖然毛細(xì)管之間存在 10mm 的間距，但是通過(guò)模擬得根分管之間的溫度與周邊溫度相差較小，如圖 2.6。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU83

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 沈家鵬;;硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料熱物性的測(cè)定[J];冷藏技術(shù);1987年01期

2 王德明,余其錚,劉偉霞;復(fù)合材料熱物性參數(shù)的數(shù)值求解[J];哈爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào);1989年01期

3 許志強(qiáng)，馬建國(guó)，楊黎明;鉻錳氮不銹鋼熱物性參數(shù)的測(cè)定及冷卻過(guò)程溫度場(chǎng)模擬[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);1999年02期

4 楊潔;陳嘯;孔丹丹;方鵬;王紅英;;不同品種小麥理化特性及熱物性參數(shù)研究[J];飼料工業(yè);2018年03期

5 徐振章,胡志榮,唐煥文,秦學(xué)志;稠油油層熱物性參數(shù)計(jì)算模型[J];特種油氣藏;1995年01期

6 李華琪;郭嘯宇;楊寧;朱磊;馬騰躍;胡攀;田曉艷;;空間堆金屬鋰?yán)鋮s劑熱物性參數(shù)計(jì)算模型及程序開(kāi)發(fā)[J];核動(dòng)力工程;2017年01期

7 譚志誠(chéng),孫毅,尹安學(xué),葉錦春;碳布熱物性參數(shù)的測(cè)定[J];碳素;1987年03期

8 高霽;劉慶揚(yáng);馬曉芳;唐明;;電火花磨削加工蜂窩環(huán)的熱物性參數(shù)研究及表面溫度場(chǎng)仿真分析[J];兵工學(xué)報(bào);2013年11期

9 鄧軍;陳煒樂(lè);肖e

本文編號(hào)：2652120