地下水渗流对竖直埋管换热器的影响研究

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1、地下水渗流对竖直埋管换热器的影响研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：丁路指导教师：王勇教授兼职导师：桑春林高工学位类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月TheStudyonInfluenceofGroundHeatExchangerunderGroundwaterAdvectionConditionsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegree

2、ByDingLuSupervisedbyProf.WangYongSupervisedbySen.Eng.SangChunlinSpecialty:ME（BuildingandCivilEngineeringField）FacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要以节能和环保为特征的土壤源热泵技术是具有较大发展前途的制冷空调技术，正在受到各个国家和地区越来越多的关注。影响土壤源热泵

3、系统性能的因素是多方面的，其中，地埋管换热器与土壤传热过程是土壤源热泵系统的关键研究内容之一。近年来，我国不论是在土壤源热泵系统的实际工程应用上，还是在对地埋管换热器数值计算分析、实验测试等方面均进行了相当多的研究工作，而关于地埋管换热器的传热研究大部分都是基于单一的热传导理论，忽略了土壤中地下水渗流的影响，这必然会使得地埋管换热器的设计与实际所需产生偏差。基于以上，本课题以多孔介质传热传质理论为基础，对地埋管换热器在地下水渗流下的换热性能进行了研究，建立了地下水渗流位于不同地下深度和不同水渗流方向作用下的热渗耦合影响下的地埋管换热器数值模型

4、。依据实际工程勘探地质情况，以三维模型为基础，建立竖直双U埋管换热器与土壤热渗耦合换热模型，通过热响应测试得到数值计算模型的边界条件、初始条件及计算时间长度，并利用Fluent软件进行数值计算，根据数值计算结果分析了渗流速度、孔隙率对埋管换热性能的影响，同时对测试值和数值计算结果进行对比验证，结果显示特定地下水渗流条件下土壤饱和区热渗耦合换热模型与实际热响应工况接近，证明了数值计算模型的正确性，所建物理模型可以应用于实际工程，同时也近似的得到了热响应测试地区的渗流速度和孔隙率大小。以实际热响应测试地质情况为基础建立的竖直双U埋管换热器与土壤热

5、渗耦合换热模型为基准模型，建立了不同深度地下水渗流条件下地埋管热渗耦合换热模型，分析地下水渗流位置的变化而引起的地下换热器换热性能的变化，分析结果发现在存在地下水渗流的区域，土壤的温度场发生了偏移，进水管水温下降明显大于无渗流区域中的水温降，出水管水温下降几乎等于无渗流区域中的水温降，同时相对于无渗流的情况，地下水渗流分别位于上层、中层、下层的换热量分别上升了5.8%、4.9%、2.6%，即地下水渗流位于上层时，最有利于地埋管换热器的良好运行，并侧面验证了层换热理论的正确性。以实际热响应测试地质情况为基础建立的竖直双U埋管换热器与土壤热渗耦合

6、换热模型为基准模型，建立了不同方向地下水渗流条件下地埋管热渗耦合换热模型，分析地下水渗流方向的变化而引起的钻孔换热性能的变化，分析结果发现不论地下水渗流方向如何，渗流速度越大，越能促进循环介质与土壤之间的换热，而且地埋管换热器进水管的温降始终大于出水管的温降，但是当地下水渗流方向分别为进水管方向为上游、出水管方向为下游的渗流水方向；垂直于进出水管水I重庆大学硕士学位论文平轴线的渗流水方向以及出水管方向为上游、进水管方向为下游的渗流水方向时，进水管换热量所占总换热量百分比逐渐下降，出水管换热量所占总换热量百分比逐渐上升，同时，换热系数的取值逐渐

7、增大，即出水管方向为上游、进水管方向为下游的渗流水方向最有利于地埋管换热器的良好运行。关键词：土壤源热泵，地埋管换热器，地下水渗流，多孔介质，热渗耦合II英文摘要ABSTRACTAsanenergysavingandenvironmentfriendlyairconditioningtechnology,thegroundsourceheatpump(GSHP)isbecomingmoreandmorepopularinmanycountriesandregions,andwhichhasthegreatestdevelopmentalfut

8、ure.Theheattransferperformanceofgroundheatexchangerisaffectedbyalotoffactors,where