套管式土壤空气换热器实验和数值模拟的研究

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1、套管式土壤空气换热器实验与数值模拟研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：张建波指导教师：龙恩深副教授专业：供热、供燃气、通风与空调工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二OO八年十月TheResearchonExperimentandNumericalSimulationofAir-to-EarthHeatExchangerwithConcentricTubeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfort

2、heDegreeofMasterofEngineeringByZhangJianboSupervisedbyAss.Prof.LongEnshenMajor:Heating,Gassing,VentilatingandAir-conditioningEngineeringCollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober,2008中文摘要摘要土壤空气换热器供热时从土壤中吸热，

3、制冷时向土壤放出热量。土壤冬季温度高于室外气温，夏季温度低于室外气温，因此可用于夏季供冷，冬季供热。通过使用土壤空气换热器还可以减少煤的使用量，节约石油、天然气等一次能源，有利于国家改善能源结构，减少有害气体排放从而达到保护环境和可持续发展的目标。因此利用土壤能对新风进行降温是节能、绿色环保的供暖和空调制冷方式，是一项具有发展潜力的项目。目前土壤空气换热器常见的是水平管，对于我国城市人口稠密、耕地资源稀缺的国家来说，节省土地空间的竖管方式则不应被忽略。我们结合地源热泵的竖直套管方式，建立了不同条件下的竖直套管与土壤传

4、热的三维数学模型，模拟套管内流体的流动和传热、套管与土壤的传热及土壤温度场。为了提高工作效率，适应数值计算发展趋势，本文采用建模软件GAMBIT建立数学模型，以数值计算软件FLUENT进行计算。研究的意义在于指导实践，因此本文研究的重点有二点：一是在不同运行工况下数值模拟套管式土壤空气换热器的出口空气温度和土壤温度场：二是通过数值计算研究进口风速(风量)、进口温度、土壤的物性参数、管径、进风方式和套管的长度等不同因素对套管换热器出口空气温度的影响。在模拟计算中得到大量关于套管式土壤空气换热器出口空气温度和土壤温度场特

5、性的数据，通过详细分析这些数据，能为套管式土壤空气换热器设计提供一些参考。最后对我们搭建的套管式土壤空气换热实验台进行实地测试，通过数值模拟的数据与我们所搭建实验台的实测数据比较，验证了数学模型的正确性。由于条件的限制，本文只对干空气与土壤的热交换过程进行了模拟分析，并与实测数据进行了对比，对于湿空气热交换过程的模拟分析，还有待进一步深入。关键词：土壤空气换热器，套管，出口空气温度，土壤温度场I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTAir-to-earthheatexchanger(ATEHE)takest

6、hesoilasheatsourceinheatingandheatsinkincoolingmode.Thesoiltemperatureishigherthantheairtemperatureinwinterandlowerinsummer,soitcanbeusedtoheatinwinterandcoolinsummer.TheuseofATEHEalsocanreducethewastageofcoalandsaveoilandnaturegas,whichwillhelpthecountryadjust

7、theenergystructureandreducetheamountofexhaustgasreleasedtoprotecttheenvironmentandachievethegoalofsustainabledevelopment.SotheATEHEisanefficient,economicandgreenwayforheatingandairconditioning,andhasdevelopingpotentialitiesandvastprospects.Thecommonair-to-earth

8、heatexchangerishorizontaltube.Inourcountrytherearesomanypeoplethattheareaofsoilisrelevantlyrare,sotheverticaltubecanneverbeneglected.Hereby,Icombinedtheconcentrictubemodeing