土壤耦合热泵U型埋管换热器数值模拟

作     者：包强 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓启红

授予年度：2007年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：土壤耦合热泵 U型埋管换热器三维模型 单U型埋管换热器 双U型埋管换热器 

摘      要：土壤耦合热泵是一项以节能和环保为主要特征的空调技术，是国际制冷行业的前沿课题之一。建立合理的埋管换热器模型是土壤耦合热泵推广应用中最为重要也是最为复杂的问题。以往的模型多为二维、二维等效管模型，由于埋管换热器在岩土层中的工作实际上是一个三维的非稳态传热过程，上述模型都无法真实的模拟埋管换热器与岩土层的热量交换以及热量在岩土中的扩散过程。 本文以能量守恒和质量守恒为基础，采用数值计算的方法建立了土壤耦合热泵单U型埋管换热器三维非稳态传热模型。利用该模型模拟了换热器的实时换热过程，得出了换热器的逐时出口水温以及钻井周围岩土层的温度分布;重点研究了U型埋管换热器在设计中应解决的问题，包括岩土热物性、钻井深度、钻井直径、回填材料和管壁材料对换热器换热性能的影响，得到了一系列重要的结论;针对换热器的运行方式(连续运行、间歇运行)以及冬夏热平衡问题作了初步探讨，为土壤耦合热泵U型埋管换热器的设计以及运行提供了具有指导性的参考意见。 本文采用同样的方法建立了土壤耦合热泵双U型埋管换热器三维非稳态传热模型。从换热器出口水温、钻井换热能力以及二者对岩土层温度的影响等几个方面，重点比较了双U型埋管换热器与单U型埋管换热器运行特性的不同。结果表明，双U型埋管换热器的换热能力优于单U型埋管换热器，而二者需要的占地面积相差很小。