當(dāng)今世界正面臨著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與環(huán)境問題雙重挑戰(zhàn),地?zé)崮茏鳛橐环N清潔高效能源越來越受到人們重視,國內(nèi)也緊跟時(shí)代步伐大力發(fā)展地?zé)崮?其中,地源熱泵占據(jù)了當(dāng)前地?zé)衢_發(fā)應(yīng)用類型的較大比例。但受制于淺層地?zé)崮軆α坑邢�、土地面積有限、受氣候影響較大。另一方面,隨著淺層礦產(chǎn)資源日益枯竭,礦山采掘深度逐漸向更深的地層發(fā)展,近年來出現(xiàn)了大量不同埋深的停運(yùn)或廢棄礦山,其中蘊(yùn)含大量的礦山地?zé)豳Y源而沒有得到重視。本文提出地埋管技術(shù)與廢棄礦山地?zé)衢_發(fā)相結(jié)合的思路,根據(jù)礦山巷道埋置于地下的特點(diǎn),提出了放射狀的換熱器布設(shè)形式,利用換熱器中循環(huán)流體與地下巖體的換熱,進(jìn)而對該部分地?zé)崮芗右岳?同時(shí)為廢棄礦山的二次利用提出了新的思路。本文分析了礦山地埋管換熱過程,結(jié)合傳熱理論,提出了礦山地埋管傳熱模型,基于此,對換熱相關(guān)影響因素進(jìn)行了歸納總結(jié),為后續(xù)換熱特性的研究奠定了基礎(chǔ),主要研究如下:(1)設(shè)計(jì)并搭建了一套微型實(shí)驗(yàn)臺,對單管換熱器進(jìn)行恒定熱流負(fù)荷的傳熱實(shí)驗(yàn),獲得換熱器循環(huán)流體及巖土體的溫度響應(yīng)特征,利用數(shù)值計(jì)算方法模擬了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,通過對比兩種研究手段下的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。(2)利用有限元方法...

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 深部采掘常態(tài)化,廢棄礦山數(shù)量增多
        1.1.2 礦山地?zé)豳Y源豐富
        1.1.3 礦山地?zé)嵫芯恳饬x
    1.2 地埋管地源熱泵研究現(xiàn)狀
        1.2.1 地埋管系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 地埋管換熱性能研究現(xiàn)狀
    1.3 礦山地?zé)崂矛F(xiàn)狀
        1.3.1 礦山地溫勘察研究現(xiàn)狀
        1.3.2 礦山地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀
    1.4 主要研究內(nèi)容及方法
        1.4.1 主要研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
        1.4.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
第二章 礦山地埋管換熱器傳熱理論研究
    2.1 廢棄礦山地埋管系統(tǒng)
        2.1.1 礦山地下結(jié)構(gòu)
        2.1.2 地埋管系統(tǒng)在廢棄礦山中的應(yīng)用
    2.2 礦山地源熱泵傳熱過程理論研究
        2.2.1 熱傳導(dǎo)與對流傳熱概念
        2.2.2 礦山地埋管系統(tǒng)換熱過程分析
        2.2.3 礦山地埋管換熱器的傳熱模型
    2.3 礦山地埋管換熱器影響因素分析
        2.3.1 礦山天然因素
        2.3.2 工程設(shè)計(jì)因素
    2.4 本章小結(jié)
第三章 礦山地埋管換熱器傳熱性能的試驗(yàn)研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)原理與系統(tǒng)
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)原理
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及搭建
    3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與步驟
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    3.4 數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
第四章 礦山地埋管換熱器單管傳熱數(shù)值模型及參數(shù)分析
    4.1 COMSOL Multiphysics簡介
    4.2 礦山地埋管單管三維傳熱模型
        4.2.1 模型建立
        4.2.2 控制方程與邊界條件
        4.2.3 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證
    4.3 模擬工況設(shè)計(jì)及結(jié)果分析參數(shù)
        4.3.1 模擬工況設(shè)計(jì)
        4.3.2 模擬結(jié)果分析指標(biāo)
    4.4 礦山地層條件對換熱效率的影響
        4.4.1 原始地溫對單管換熱效率的影響
        4.4.2 巖體導(dǎo)熱系數(shù)對單管換熱效率的影響
        4.4.3 巖體恒壓熱容對單管換熱效率的影響
    4.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素對換熱效率的影響
        4.5.1 鉆孔孔徑對單管換熱效率的影響
        4.5.2 管徑對單管換熱效率的影響
        4.5.3 鉆孔深度對單管換熱效率的影響
        4.5.4 U型管支管間距對單管換熱效率的影響
        4.5.5 鉆孔充填材料導(dǎo)熱系數(shù)對單管換熱效率的影響
    4.6 負(fù)荷設(shè)計(jì)因素的換熱效率的影響
        4.6.1 注水溫度對單管換熱效率的影響
        4.6.2 注水速率對單管換熱效率的影響
    4.7 各影響因素敏感度分析
    4.8 本章小結(jié)
第五章 礦山地埋管管群傳熱性能分析
    5.1 管群換熱模型建立
    5.2 模型遠(yuǎn)邊界的確定
    5.3 單排管設(shè)計(jì)夾角對系統(tǒng)換熱的影響
        5.3.1 單排鉆孔夾角對換熱效率的影響
        5.3.2 單排鉆孔夾角對巖體溫度場的影響
    5.4 排距對系統(tǒng)換熱的影響
        5.4.1 順排工況下排距對換熱效率的影響
        5.4.2 順排工況下排距對巖體溫度場分布的影響
        5.4.3 叉排工況下排距對換熱效率的影響
        5.4.4 叉排工況下排距對巖體溫度場分布的影響
    5.5 管群排布方式對系統(tǒng)換熱影響的對比分析
        5.5.1 排布方式對換熱效率的影響
        5.5.2 排布方式對巖體溫度場分布的影響
    5.6 基于換熱主控因素的正交回歸預(yù)測
        5.6.1 換熱器系統(tǒng)正交試驗(yàn)設(shè)定
        5.6.2 多元非線性回歸分析
        5.6.3 回歸分析效果檢驗(yàn)
    5.7 本章小結(jié)
第六章 礦山換熱工程方案預(yù)設(shè)計(jì)
    6.1 模擬工程概況
    6.2 換熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    6.3 計(jì)算結(jié)果分析
        6.3.1 首年取熱季計(jì)算結(jié)果
        6.3.2 首年取冷季計(jì)算結(jié)果
        6.3.3 全年運(yùn)行巖體溫度響應(yīng)特征
    6.4 長期運(yùn)行條件下不同開采形式的換熱特征對比
        6.4.1 換熱系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行五年的換熱效率
        6.4.2 連續(xù)運(yùn)行五年的巖體溫度變化特征
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的項(xiàng)目
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3785837