基于分层土壤中地源热泵垂直u型埋管换热器传热的数值研究

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1、分类号学号M201170862学校代码10487密级硕士学位论文基于分层土壤中地源热泵垂直U型埋管换热器传热的数值研究学位申请人：陈衡学科专业：工程热物理指导教师：邬田华教授答辩日期：2014年1月6日万方数据AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalStudyofHeatTransferofVerticalU-tubeGroundHeatExchangersinMultipleGroundLay

2、ersCandidate:ChenHengMajor:EngineeringThermodynamicsSupervisor:Prof.Wu.TianhuaHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJan,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到

3、本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要当今世界，随着能源形势和环境污染的逐渐严峻，寻

4、找和开发清洁的可再生能源是人类面对的共同课题，也是解决当前能源问题和环境问题重要手段。地源热泵技术作为利用地热能的重要技术手段，具有高效节能环保的特点，越来越受到青睐，成为暖通空调和供暖领域新型技术手段。但是，我们在实际工程中发现，有些地源热泵系统节能效果并不显著，并且初投资过高，成为制约地源热泵技术发展和应用的瓶颈。地埋管换热器换热性能一直是地源热泵技术研究的重点和难点，直接影响系统的运行性能和初投资，因此掌握地埋管换热器与土壤之间的传热情况，有助地源热泵技术的推广应用。本文通过数值模拟的方法对土壤分层条件下垂直U型埋管换热器的换热性能和土壤温

5、度场进行了研究。首先，本文根据实际情况建立了U型地埋管与土壤的三维换热数学模型，并通过实验对模型的准确性进行了验证分析。其次，基于土壤分层的条件下，对冬季工况下热泵机组连续运行一个月的换热情况进行了模拟，分析了在不同分层下土壤温度场和换热量的变化，并与单一模型进行了比较分析，为工程设计提供了指导依据。最后，对影响U型埋管与土壤之间换热性能的因素，如进口流速和水温、埋管深度、回填材料的热物性和管间距等，分析了它们对地埋管换热性能的影响，对地源热泵的优化设计提供了理论指导，并得出了一些合理的建议和结论。结果表明，土壤的传热性能对地埋管换热器的影响很大

6、，导热系数越大，换热性能越好，但土壤分层对换热的影响效果并不显著；进口水温的提高，有利于提升换热性能，但这并不适合长期运行；进口流速的增大对换热有利；回填材料的导热系数越高，换热效果更好；管腿中心距的增加有利于地埋管的换热；当进口流速较低时，单位管长换热量随着井深的增大有明显降低，随着流速的增大，深度对单位管长换热量的影响有限，但总换热量是增加，因此较深的井有利于获得较大总热量，发挥竖直埋管的优势，减少占地面积。本文模拟结果对地源热泵的优化设计有一定的参考意义，有助于地源热泵技术的推广和发展。关键词：地源热泵；U型埋管换热器；分层土壤；数值模拟；

7、影响因素I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractAstheenergysituationandenvironmentpollutionbecomeserious,thedevelopmentofrenewableenergyisthemainwaytosolvethecurrentenergyproblem,andalsothecommonresearchtopicpeoplefacing.Groundsourceheatpump(GSHP)isanimportantmeanstousegeothermalenergy,itiswide

8、lyappliedinHVACandbuildingheating.However,inpracticetheeffectofenerg