本文選題：地源熱泵系統(tǒng) + 雙U型埋地管換熱器�。� 參考：《長沙理工大學》2013年碩士論文

【摘要】：隨生產(chǎn)力水平的提高和人民生活資料的豐富，人們在享受著物質資料飛速發(fā)展帶來的更為優(yōu)越生活的同時，能源不足的矛盾也越來越尖銳化。地源熱泵系統(tǒng)作為利用淺層地表儲存的地熱資源來對人居環(huán)境進行供熱、供冷的新型綠色節(jié)能環(huán)保的空調系統(tǒng)，受到了國內外的政府、專家、設備制造商等廣泛人群的關注及推廣。 對地源熱泵系統(tǒng)關鍵在于其埋地管換熱器，其換熱性能將直接影響整個系統(tǒng)的運行和工作效率。目前，國內對土壤源熱泵的研究主要通過對地下?lián)Q熱器用性能實驗和數(shù)值模擬的方式來了解和模擬地下單U型埋管換熱器的換熱能力和換熱機理并由此進行影響換熱器換熱的因素的分析。換熱器換熱性能與埋管方式、土壤溫度場分布、土壤導熱物性等情況有關，雙U型埋地管作為傳統(tǒng)垂直單孔單U型地源熱泵系統(tǒng)的變型和發(fā)展嘗試，理論和研究和在工程實際應用上較單U型滯后，且由于沒有大量的數(shù)據(jù)和實例的支撐雙U型埋地管換熱器在推廣應用方面并不普遍。且因換熱系統(tǒng)的復雜性，國內各地區(qū)氣候差異過大，所得的可參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)的參考范圍過大，設計中的上下限選取不明。綜上所述，對地源熱泵雙U型埋管換熱器的換熱情況缺乏相對應的基礎資料，設計、施工技術不成熟，雙U型地源熱泵系統(tǒng)的推廣應用存在諸多問題亟待解決。 本文主要研究垂直單孔雙U型埋地管換熱器的換熱機理和換熱能力，對位于夏熱冬冷地區(qū)的一套垂直單孔雙U型地源熱泵系統(tǒng)進行了夏、冬季連續(xù)工況測試，實時采集雙U型管的進、出口的水溫、流量等數(shù)據(jù)。通過對所采集的實驗數(shù)據(jù)進行整理，以單位井深熱流q h為標準，對埋地管換熱器進、出口溫差及單位井深換熱量進行分析，得出不同工況下雙U型埋管的換熱效果。再利用fluent等軟件建立與實驗相似的模擬模型，利用CFD計算傳熱效果并進行簡單理論分析。 本文通過實驗和數(shù)值模擬的方法，研究了單孔雙U型埋管換熱器的周圍溫度場分布規(guī)律及埋管換熱特性，主要研究結果如下：(1)據(jù)傳熱原理建立垂直單孔雙U型埋管的三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，提出了相應的數(shù)值求解的方法；(2)在理論分析基礎上搭建了實驗臺，對夏熱冬冷地區(qū)原始地溫的情況進行分析，并設計不同工況對雙U管換熱器在實際的工程運行時的地溫場的溫度變化進行分析研究；(3)模擬不同回填材料、循環(huán)液入口流量、溫度對換熱器換熱特性的影響情況。經(jīng)實驗、模擬結果研究表明，，當單管流量不變時，對于夏熱冬冷地區(qū)在夏季工況下雙U型埋地管換熱器的q h為單U型的1.5~1.7倍。夏熱冬冷地區(qū)，據(jù)實測結果，雙U管在冬、夏季的q h均大于60W/m。單管流量達1.6m~3/h時，長時運行的q h可達到100W/m，而流量為0.9m~3/h，雙U型埋地管換熱器在長時運行下q h達70W/m。一定流量范圍，雙U型埋地管換熱器換熱性能隨管內循環(huán)液的流量增加而增加，但存在最佳流量，通過模擬分析最佳流量為1.01m3/h。地源熱泵機組越接近滿狀態(tài)運行，機組EER和系統(tǒng)EER越大，分區(qū)控制埋地管的運行有益于提高其換熱效果，也利于地溫恢復。在夏季運行的工況下，雙U型埋地管換熱器的q h隨進口水溫的增加而提高，利于換熱。每升高1℃，增加1.5~4.5%，達到近35℃時，q h的增速度變緩。
[Abstract]:With the improvement of productivity and the rich people ' s living data , the contradiction of energy shortage is becoming more and more acute while enjoying the better life brought by the rapid development of material data . The source heat pump system is a new green energy - saving and environment - friendly air - conditioning system for heating and cooling the human settlement environment by using the geothermal resources stored in the shallow surface .

The key to ground source heat pump system is that its heat transfer performance will directly influence the operation and working efficiency of the whole system .

In this paper , the heat transfer mechanism and heat transfer capacity of a vertical single - hole double U - type buried pipe heat exchanger are studied in this paper . In summer and winter continuous working conditions , a set of vertical single - hole double U - type ground source heat pump system located in the cold area of summer is analyzed . The heat transfer effect of the double U - shaped buried pipe under different working conditions is obtained . A simulation model similar to the experiment is established by using software such as the heat exchanger , and the heat transfer effect is calculated by CFD and the simple theoretical analysis is carried out .

Based on the experimental and numerical simulation methods , the distribution law of the surrounding temperature field and the heat transfer characteristics of the buried pipe are studied . The main results are as follows : ( 1 ) The three - dimensional unsteady heat transfer model of the vertical single - hole double U - type buried pipe is established according to the heat transfer principle , and the corresponding numerical solution method is proposed .
( 2 ) Based on the theoretical analysis , the experiment table was built to analyze the original geothermal temperature in the cold region of summer and winter , and the temperature change of the geothermal field of the double U - tube heat exchanger in the actual engineering operation was analyzed under different working conditions .
( 3 ) The effect of different backfill materials , inlet flow and temperature on heat transfer characteristics of heat exchanger is simulated . The results show that the q h of double U - type buried pipe heat exchanger is 1.5 - 1.7 times of the single U shape when the flow rate of single tube is constant .

【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU83

【參考文獻】

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本文編號：1858269