地?zé)峋聯(lián)Q熱器的模擬實(shí)驗(yàn)與理論研究.pdf

1、我國中低溫對流型地?zé)豳Y源豐富，如能充分開發(fā)，則可節(jié)省大量的常規(guī)能源，緩解經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展日益增長的能源需求。國內(nèi)現(xiàn)有兩種地?zé)峁┡闹饕绞?，即抽灌式地下水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)，由于受到資源開采或熱源稟賦的限制，使得開發(fā)新的地?zé)崂媚Ｊ匠蔀橥茝V地?zé)釕?yīng)用的必要途徑。地?zé)峋聯(lián)Q熱器系統(tǒng)通過懸裝在熱水井中的U型或同軸套管型換熱器以對流方式與地層換熱，是一種只取熱不取水的地?zé)崂醚b置，兼具抽灌式地?zé)嵯到y(tǒng)對流傳熱效率高和埋管式地?zé)嵯到y(tǒng)不抽

2、取地下水的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用與推廣能夠?yàn)榧铀傥覈牡責(zé)崂锰峁┬碌膭?dòng)力。針對我國地?zé)豳Y源以中低溫為主的特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)與理論研究確定井下?lián)Q熱器傳熱過程中各影響要素及其熱力學(xué)性能，對其應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。
　　 本文建立了一套井下?lián)Q熱器模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)和控制儲(chǔ)層的流速與溫度、換熱器入口溫度和循環(huán)水流速，通過實(shí)驗(yàn)確定不同因素對井下?lián)Q熱器傳熱性能的影響。該系統(tǒng)與實(shí)際井下?lián)Q熱器裝置在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了幾何相似，運(yùn)行工況中近似實(shí)現(xiàn)了流

3、場相似。通過幾何參數(shù)、工況參數(shù)及熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與溫度條件的多種組合共進(jìn)行了40組對比實(shí)驗(yàn)，基于對各影響因素的分析得到了井下?lián)Q熱器的傳熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，通過關(guān)聯(lián)式求出的理論值與實(shí)測值的平均誤差為23.3％，可為工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。
　　 本文基于多孔介質(zhì)的Brinkman-Forchheimer模型對儲(chǔ)層內(nèi)的自然對流換熱進(jìn)行了研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的孔隙度ψ、Da數(shù)和Ra數(shù)，采用格子Boltzmann方法的BGK模型實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層物理模型的求解

4、；通過與多孔方腔物理模型的有限元數(shù)值解進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本章所用方法的可靠性及精度。通過數(shù)值模擬對不同壁面梯度下儲(chǔ)層內(nèi)傳熱過程的特點(diǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明壁面梯度小于0時(shí)有利于多孔儲(chǔ)層內(nèi)的對流換熱。
　　 本文結(jié)合閉式地源熱泵系統(tǒng)熱源側(cè)的組成特點(diǎn)，提出了對中低溫地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行源側(cè)(火用)分析的一般物理模型，在(火用)值計(jì)算中采用實(shí)時(shí)變化的環(huán)境氣溫作為參考態(tài)溫度；基于本文實(shí)驗(yàn)所得到井下?lián)Q熱器傳熱關(guān)聯(lián)式對具體的源側(cè)(火用)分析模型進(jìn)行