地埋管相變回填材料的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)近年來(lái)在我國(guó)建筑中得到了廣泛應(yīng)用，回填材料對(duì)地埋管換熱器傳熱性能的影響至關(guān)重要。本課題探索采用相變材料(PCM)作為地埋管換熱系統(tǒng)的回填材料，與普通回填材料進(jìn)行對(duì)比理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，研究成果將對(duì)相變回填材料的實(shí)際工程應(yīng)用有重要的理論參考意義。
　　 本文對(duì)并聯(lián)雙U型和套管式地埋管換熱器的傳熱性能進(jìn)行了理論分析，選用廢動(dòng)物油和混合酸作為套管式換熱器的相變回填材料，與沙土回填進(jìn)行了對(duì)比研究，計(jì)算了相變區(qū)域內(nèi)固相和液相的

2、溫度分布。結(jié)果表明：Ste數(shù)越大，相界面的移動(dòng)速率越快，完全凝固(熔化)的時(shí)間越短。流量為180 L/h時(shí)，Ste=0.06時(shí)的完全凝固時(shí)間為7.73 h，PCM和沙土回填時(shí)的熱影響半徑分別為0.23 m和0.66 m；Ste=0.15時(shí)的完全熔化時(shí)間為4.04 h，相應(yīng)的熱影響半徑分別為0.18 m和0.50 m。
　　 本文建立了地埋管換熱器傳熱性能測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行了并聯(lián)雙U型埋管換熱器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了不同加熱功率下的單井供

3、熱量、巖土熱導(dǎo)率和熱影響半徑；建立了天津工業(yè)大學(xué)新校區(qū)A區(qū)土壤源熱泵土壤溫度測(cè)量系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)不同深度處逐日、逐月、逐年的溫度曲線。
　　 本文建立了套管式換熱器的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與實(shí)際套管式換熱器在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了幾何相似、在流動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行相似。采用不同回填材料與流體流量和入口溫度的組合，進(jìn)行了外進(jìn)內(nèi)出流動(dòng)方式下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：流量為250 L/h時(shí)，在PCM完全凝固(熔化)時(shí)間內(nèi)，徑向距離0.1 m處的土壤溫

4、度下降了0.7℃(取熱工況)或上升了3.5℃(放熱工況)，而徑向距離0.3 m的土壤溫度無(wú)明顯變化；當(dāng)回填材料分別為沙土和PCM時(shí)，取熱工況下流體的進(jìn)出口溫差為0.16℃和0.10℃；放熱工況下為0.24℃和0.08℃。
　　 本文基于套管式換熱器模擬系統(tǒng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，預(yù)測(cè)了地埋管換熱器采用相變材料回填的工程應(yīng)用可行性。結(jié)果表明地埋管相變回填材料可縮小鉆孔間距。若能實(shí)現(xiàn)鉆孔密封并獲得蓄熱性能良好且價(jià)格低廉的相變材料，地埋