地热能地板辐射采暖系统研究

【摘要】： 单井循环式地源热泵是一种高效换热地源热泵系统,在国外应用的时间已经比较长了,但在中国的应用才刚刚起步,目前国内在单井循环水源热泵理论与试验研究方面的积累几乎空白。以热虹吸管替代塑料管的地板辐射供暖系统是一种高效、节能、环保的新型采暖系统,其研究和应用在国内外鲜有报道,有很多问题值得商榷研究。为此,本文对以单井循环地下水源热泵作热源的热管地板辐射供暖进行了系统而全面的基础研究,主要内容如下: 1.单井循环地下水源热泵一维非稳态传热模型的建立与特性分析 ①根据地下传热过程的特点,建立了井水与周围土壤一维非稳态温度场数学传热模型,并采用有限差分法进行数值求解。②在热泵供回水温差恒为5℃情况下,计算发现,远边界的温度在传热过程中起到非常重要的作用,但远边界设置不是无限远,应在井水温度变化影响范围之内。初始温度对井壁处热流密度大小没有影响,只有井的尺寸和井水流速才影响其取值,而半径显然较深度对运行时间的影响大。③初始温度、井水流速、井直径和井深都对单井取热极限有影响。 2.热管地板辐射供暖实验研究 利用热管地板辐射供暖与地下水源热泵联合运行实验台,在不同工况下对热管地板的温度分布、散热量、室内空气温度、地下水源热泵机组的性能进行了测试,实验结果表明:①热管地板传热效率高,且具有良好的蓄热性能,蓄热时间是预热时间的三倍左右;②供暖房间室内空气竖向温度梯度小;③与热管地板辐射供暖联合运行时,单井循环地下水源热泵不但可以满足供暖系统的要求,而且机组的运行性能良好。 【关键词】：单井循环 地下水源热泵 数值模拟 地板辐射供暖 热虹吸管
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU832.16
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-5
• 主要符号表5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 地下水源热泵11-15
• 1.2.1 水源热泵热源11
• 1.2.2 单井循环式地源热泵的应用和研究现状11-15
• 1.2.2.1 单井循环式地源热泵简介11-13
• 1.2.2.2 应用现状13-14
• 1.2.2.3 单井循环式地源热泵理论和实验研究14-15
• 1.3 热管地板辐射供暖15-18
• 1.3.1 低温热水地板辐射供暖发展简史15
• 1.3.2 两相闭式热虹吸管的应用和研究现状15-18
• 1.3.2.1 两相闭式热虹吸管简介16-17
• 1.3.2.2 两相闭式热虹吸管相关实验和理论研究17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 单井循环系统一维非稳态模型的建立20-32
• 2.1 物理和数学模型的建立20-25
• 2.1.1 单井循环井水热泵供热系统物理示意图20-21
• 2.1.2 研究问题的物理模型的建立21
• 2.1.3 井水与周围土壤一维非稳态温度场数学传热模型的建立21-23
• 2.1.3.1 土壤间的传热模型21-22
• 2.1.3.2 基本传热方程22-23
• 2.1.4 井壁表面传热系数的计算23-24
• 2.1.5 结果修正24-25
• 2.2 初始及边界条件25-26
• 2.3 解方程26-29
• 2.3.1 用偏微分方程离散求解26-28
• 2.3.2 流程图28-29
• 2.4 常量取值29-30
• 2.4.1 物性参数29
• 2.4.2 表面传热系数29-30
• 2.5 模拟结果与实验数据的对比验证30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 单井循环热泵系统运行特性数值模拟分析32-38
• 3.1 供水及土壤温度随运行时间的变化32-34
• 3.2 等温差下取热情况34-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第四章 单井循环的取热极限的数值模拟分析38-48
• 4.1 不同井直径和井水初始温度时取热极限随井水流速的变化38-44
• 4.2 不同井直径和井水流速时取热极限随井水初始温度的变化44-45
• 4.3 不同初始温度和井水流速时取热极限随井直径的变化45-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 热管地板辐射供暖系统实验装置及实验方案48-55
• 5.1 热管地板板体结构48-49
• 5.2 系统实验装置49-52
• 5.2.1 实验系统构成49-51
• 5.2.2 主要参数测试方法与所用仪器51-52
• 5.3 实验方案内容与步骤52-53
• 5.3.1 实验内容52
• 5.3.2 实验步骤52-53
• 5.4 实验数据处理与误差分析53-55
• 5.4.1 实验数据处理方法53-54
• 5.4.2 误差分析54-55
• 第六章 供暖系统实验研究分析55-66
• 6.1 热管地板供暖系统传热性能55-63
• 6.1.1 供暖系统地板温度分布55-58
• 6.1.2 地板中热管壁面温度分布58-60
• 6.1.3 热管地板的预热与蓄热60-61
• 6.1.4 室内温度垂直分布61-62
• 6.1.5 各工况下地板表面平均温度和室内温度62-63
• 6.2 地下水源热泵的性能63-64
• 6.3 本章小结64-66
• 第七章 结论66-70
• 7.1 研究结论66-68
• 7.2 创新之处68
• 7.3 进一步的工作建议68-70
• 参考文献70-73
• 发表论文和科研情况说明73-74
• 致谢74

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