土壤源热泵垂直双U型地埋管传热性能研究

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1、分类号:TU831.410710-2014129021硕士学位论文土壤源热泵垂直双U型地埋管传热性能研究许安龙导师姓名职称谷雅秀副教授申请学位级别工学硕士学科专业名称供热、供燃气、通风及空调工程论文提交日期2017年5月19日论文答辩日期2017年6月11日学位授予单位长安大学ResearchonHeatTransferPerformanceofDoubleU-tubeVerticalGroundHeatExchangerinGroundSourceHeatPumpAThesisSubmittedfortheDegreeofM

2、asterCandidate：XuAnlongSupervisor：Prof.GuYaxiuChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研宂工作所取得的成，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体果。除论文中已经注明引用的内容外，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担＾．＞论文作者签名．ｖｆ安灰丨７年６月？曰论文知识产权权属声明本人在

3、导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校■学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：４年６月Ｐ曰导师签名：年６月ｆ曰摘要随着全球经济的飞速发展，全球能源环境危机日益严重。能源与环境问题已经成为现在国际中最为关注的问题之一。土壤源热泵是一种节能环保的新技术，现在正在飞速发展。地埋管换热器是地源热泵系统的核心，研究如何强化地埋管的换热

4、性能具有重大意义。但是地埋管的敷设方式有很多，不同的敷设方式，他们的换热性能也会有所差异。所以，本文主要研究垂直双U型地埋管换热性能以及单U型和双U型两种埋管方式换热性能的对比分析。本文首先介绍了土壤物质的组成和传热机理以及土壤多孔介质的相关理论，为后面建模和模拟计算提供了理论依据。然后利用Gambit软件分别建立了与实际工程大小相同的垂直单U型地埋管换热器和垂直双U型地埋管换热器与周围土壤的三维换热模型，紧接着对它们进行网格划分，再导入Fluent软件中从管内循环水与管壁对流换热再到管壁与土壤的导热等换热过程进行了三维的模拟

5、分析。因为夏季工况和冬季工况模拟分析相似，所以文中只针对夏季工况进行了模拟分析。本文分别在无渗流和渗流工况下研究了水入口流速、土壤导热系数、地下水渗流速度及水进口温度对单U和双U型垂直埋管换热器换热性能的影响，得出入口流速的增大，可以提高单U和双U型埋管换热器的换热能力。当双U型管换热器内流速V<0.53m/s，其换热能力小于相同流量下单U型埋管换热器，当V>0.53m/s时，则恰好相反；随着土壤导热系数的增大，单U和双U型埋管换热器的单位井深换热量都在增大但是双U型的增涨幅度大于单U型，此外，地下水渗流会削弱土壤导热系数对单

6、U和双U型埋管换热器换热性能的影响；地下水渗流速度V=30m/a，与无渗流工况相比，单U型埋管换热器水出口温度只降低了0.05K，单位井深换热量只增加了0.59W/m；双U型埋管换热器水出口温度降低了0.25K，单位井深换热量增加了5.93W/m。地下水渗流能够有效降低循环水出口温度，提高换热器的换热性能，对双U型埋管换热器的影响比单U的更为显著,随着渗流速度从0m/a增大到60m/a再到120m/a，单U型埋管换热器单位井深换热量分别提高了7.36％、27.56％，双U型提高了25.88％、61.55％；随着水进口温度的增加

7、，单U和双U型管换热器的单位井深换热量也随之增大，双U型管的增涨幅度略大于单U型管，并且水进口温度越高，地下水渗流对加强U型换热器的换热效果越显著。本文的研究旨在为土壤源热泵实际工程应用提供一定程度的理论依据。关键词：土壤源热泵，双U型垂直地埋管，换热性能，Fluent模拟，对比分析iAbstractWiththerapiddevelopmentofglobaleconomy,energycrisishasbeenaproblemandattractingmoreandmoreattation.Withtheincreasin

8、gofenergyconsumptionintheworldwide,environmentalpollutionisbecomingmoreandmoreserious.Energyandenvironmentissueshavebeenoneofthemostconcer