一、水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型（论文文献综述）
曹亚兴[1]（2021）在《土壤蓄热与PV/T耦合系统夏季运行特性研究》文中研究表明当今社会能源成为制约国家发展的重要战略因素。能源问题事关全球应对气候变化进程,关乎国家安全、经济发展全局,影响深远,意义非凡。太阳能以其资源丰富,生态友好的优势得到国家的大力推广。目前对于太阳能的利用主要有光热利用和光伏利用两种方式。对于太阳能的光伏利用,由于光伏电池受温度影响较大,太阳辐照较强时,光伏电池板最高温度可达70～80℃,发电效率显着下降。土壤具有强大的储热能力,且地层温度一年四季相对稳定,土壤的这种特性使其成为绝佳的冷源和热源。本课题提出将土壤蓄热技术与PV/T技术相结合的方案,建立土壤蓄热与PV/T耦合系统,通过循环工质在PV/T集热器与地埋管换热器间循环流动,实现对光伏电池的冷却和对太阳能余热的回收,有效提高了太阳能的光伏发电效率。回收的热量储存于地下可用于冬季地源热泵供暖,解决地源热泵在寒冷地区应用的冬夏热量不平衡问题,一举多得,极大提高了能源利用的合理性。本文主要针对该系统的夏季运行特性进行模拟研究,主要工作如下:分析了PV/T集热器和地埋管换热器的结构及传热机理,在此基础上建立PV/T集热器和地埋管换热器的理论模型。相对于土壤蓄热而言,PV/T的蓄热性可忽略,因此PV/T采用稳态模型,土壤传热采用瞬态有限长线热源模型。针对环境条件变化引起的变热流工况,采用叠加法计算。在理论模型建立基础上,编写计算程序,求解PV/T集热器的热电参数和地埋管换热器的三维瞬态温度场,通过与文献的实验数据进行对比,验证了模型的准确性。针对不同的环境条件,为系统设计了循环泵关停模式和土壤冷却模式两种运行模式。根据吉林市气候特征,选取7月3日～8月3日共740h的气象数据,模拟耦合系统的夏季运性特性,包括系统的热效率、电效率、热功率、电功率、总效率、钻孔周围土壤温度场及地埋管进出口水温等参数的季节变化特性。在季节特性研究基础上,根据典型气象条件,研究了不同集热面积和循环水流量对PV/T集热器的热电特性、土壤轴向温度场及地埋管进出口水温的影响。结果显示,夏季运行时段内,地埋管出口水温普遍低于环境温度,在冷却通道开启时段内,系统平均电效率为15.1%,超过标准状态下的电效率15%,说明土壤可较好地冷却光伏。在土壤冷却模式下,系统热效率最高为67.7%,电效率最高为16.1%,总效率最高为81.3%,极大提高了太阳能的综合利用效率。本文研究为PV/T和地源热泵集成系统的应用提供了理论支持。
赵晗旭[2]（2021）在《含水沙土地源热泵相变热源实验研究与数值模拟》文中指出本文采用工程实验与数值模拟相结合的方法,开展对含水沙土地埋管换热器地源热泵在冬季供暖时土层温度变化和相变情况的研究,主要研究方法和研究内容如下:查阅相关资料和研究进展,在秦皇岛沿海沙滩地区设计并搭建含水沙土地源热泵供暖工程实验台,监测供暖期内地埋管换热器周围含水沙土的温度变化、热泵机组热水和热源两侧进出口温度变化、室内外气象参数变化和耗电量变化等情况,发现含水沙土层放热潜力巨大,地源热泵供暖效果良好,系统综合COP为2.41。对含水沙土埋管换热器进行流固耦合传热分析,通过数值求解过程中的湍流模型、凝固和融化模型、多孔介质模型等理论基础,建立含水沙土地埋管换热器数值模型。以秦皇岛含水沙土地源热泵供暖工程实验为基础,建立地埋管换热器和周围含水沙土的物理几何模型。通过ANSYS Fluent软件对供暖期内埋管换热器周围含水沙土温度场变化进行模拟,发现海水潮汐渗流现象是维持含水沙土层温度场稳定、含水沙土地源热泵冬季供暖平稳运行和热平衡问题的关键因素。最后,在已有研究的基础上,完整设计一套含水沙土地埋管换热器地源热泵实际工程,在供暖期为三个月,每天运行十个小时的情况下,系统回收期为两年,节能效果显着。
李俊岩[3]（2021）在《中深层地热用深U型地埋管换热器取热特性研究》文中研究说明深U型地埋管换热器是地源热泵供暖技术的一种创新性尝试,与浅层地埋管换热器相比,深U型埋管换热器具有热流密度大且稳定、温度较高的特点,在清洁供暖方面有突出贡献。针对浅层地埋管换热器占用土地面积大、严寒地区不适用、能效低、经济性不佳等问题,本文建立了深U型地埋管换热器的数值传热模型,并基于实验数据对模型进行了验证,对中深层地热用深U型地埋管换热器的取热特性进行研究讨论。首先将深U型地埋管换热器围岩热物性参数和中深层地热换热系统的现场实验作为讨论重点,依托于深层地热实际供暖项目,整理深U型地热井勘查所得地质条件资料,获得应用于研究前期所需的初始参数值。在成井作业完成后,利用分布式光纤测温系统测量初始岩土体温度分布,得到各个深度下的地温梯度。通过进行深U型地埋管换热器的换热实验,记录整理深U型地埋管换热器取热系统运行720h后的岩土体温度分布、地热井出水温度以及地热井取热量。其次,中深层岩土作为一种非饱和多孔介质,岩土的有效导热系数作为表征多孔介质的关键性参数,精确测算和预测有效导热系数就显得十分重要。所以本文基于分形几何理论构建了中深层非饱和岩土体多孔介质有效导热系数的数学模型,考虑了岩土多孔介质的孔隙率、孔隙相分形维数、液相分形维数、弯曲度分形维数与饱和度等几何参数项对中深层非饱和岩土有效导热系数的影响规律,模拟所得数据利用前人已有模型和已公开的实验数据进行验证。文章最后针对深U型地埋管换热器的实际传热过程,结合前文计算所得有效导热系数,建立了一种基于全隐格式的有限差分法的深U型地埋管换热器数值传热模型,该求解方法大大降低了计算时长,且能保证足够的精确度与准确度。该数值传热模型考虑了当地岩土体地温梯度和岩性变化对传热性能的影响。本文为了验证数学模型的稳定性,采用地热井运行480h-720h的数据对模拟所得数据进行验证,最大误差仅为7.09%,验证表明结果数学模型的精确度较高。本文基于构建出的深U型地埋管换热器数值传热模型,对中深层用深U型地热井换热器的取热特性进行了研究,分析讨论了关键因素对其取热性能的影响规律,得出了优化深U型地埋管换热器的取热性能的相应结论。研究成果可为中深层地埋管换热器取热系统的优化设计提供支持。
贺海洋[4]（2021）在《岩溶地下水渗流对竖直地埋管换热性能影响的模型试验与数值模拟》文中研究表明地源热泵是一种通过地埋管换热器内循环水与恒温地层进行热交换的节能技术,利用地热能供夏季制冷和冬季取暖。在地源热泵系统组成中,地埋管换热器作为主要组成部分,是决定地源热泵能效的关键,而地下水与地埋管换热器的换热效率密切相关,因此研究地下水渗流对地埋管换热器的影响是地源热泵技术研究的重点之一。且我国大面积的存在着一些特殊土体如红黏土主要分布于广西一带,而这类特殊土体往往具有特殊的物理力学性质,想要将地源热泵技术更好的在全国各地进行推广就需要将地源热泵技术和这类特殊土体结合研究,因此特殊土体中地埋管换热器换热性能的研究是未来地源热泵技术研究的重点之一。本文结合广西桂林当地地质水文基于达西定律和地下水流动传热理论,研制出一个地下水渗流-地埋管传热试验平台,以地埋管换热器中循环水温和渗流水渗流速度为变量探讨三维土体在温度场和渗流场耦合作用下土壤的传热效能。试验结果表明:（1）自主研发的土壤三维热-渗传递试验台具有一体性好、测试精度高、操作简单方便等优点,可有效模拟岩溶地区三维土体在温度场和渗流场耦合作用下土壤的传热效能。（2）土体饱和无渗流条件下,饱和区土体中等温线呈近似圆形,即土壤中温度关于热源近似成对称分布,热源附近温度梯度最大,随着远离热源土壤温度不断降低;（3）在饱和渗流的情况下,渗流区土体中等温线不再呈圆形分布,而是沿渗流方向发生偏移,即下游的温度梯度大于上游,随着渗流速度的增加,等温曲线的面积不断减小。基于有限元法的多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics构建了三维地埋管热渗耦合模型,对冬季制热渗流速度的影响及夏季制冷渗流水温度的影响进行模拟分析,模拟分析了三维地埋管热渗耦合模型系统运行120h的温度场,主要结论为:（1）对冬季制热渗流速度的影响模拟,饱和无渗流下,渗流层土体中温度场以地埋管换热器为圆心成圆形分布,在渗流速度的情况下,温度场像渗流方向偏移,地埋管换热器附近低温温度范围随着渗流速度的增加而减小,渗流上游区域温度明显高于下游;（2）相同渗流速度下,渗流水水温对地埋管换热器换热量影响显着,当渗流水水温低于土体初始温度时,土体内热源附近及渗流下游区温度场先急剧增加后缓慢减小最终趋于稳定,上游远离热源处温度场急剧减小后趋于稳定;当渗流水水温高于土体初始温度时,土体内温度场先急剧增加后趋于稳定;渗流水水温通过改变土体温度分布进而影响地埋管换热器的换热。
徐云山[5]（2020）在《红黏土传热特性及其对岩溶区竖直地埋管换热性能的影响研究》文中进行了进一步梳理广西地区作为我国“一带一路”战略的重要枢纽,未来要进行大规模开发建设,对能源的需求量极大。积极推动地源热泵技术在该地区的推广应用,具有非常重要的现实和战略意义。喀斯特地貌在广西广泛分布,形成众多典型的岩溶地区,而红黏土作为广西岩溶地区分布最广的一类黏性土,它具有特殊的矿物成分、胶结性物质和微观结构,由此也导致其水理、力学及化学性质较普通黏土更具复杂性。同时,该地岩溶地下水十分丰富,地下水位埋深较浅,雨季时通常伴有明显的地下水流动。由于地源热泵系统竖直地埋管的埋深大,穿越地层较多,在复杂的地层和水文环境下推广使用必然面临着诸多挑战,因此亟需深入开展岩溶地下水渗流对红黏土地层中地埋管换热性能的影响研究。本文通过室内热物性测定试验、压汞试验和扫描电镜试验、室内模型化试验、数值计算和模拟相结合的研究方法,围绕岩溶区“红黏土传热特性”、“红黏土热传导性能预测模型”、“岩溶地下水渗流影响”和“红黏土中热湿迁移耦合效应影响”四个基本问题展开研究探讨,较为全面地揭示了红黏土的传热特性及其对岩溶区竖直地埋管换热性能的影响及机理。主要研究内容及结论如下:1.利用KD2 Pro型热特性分析仪对原状和压实红黏土进行了一系列热传导性能测定试验,发现原状红黏土的热传导性能受空间变异性影响显着,而压实红黏土的热传导性能更具均一性。相同体积含水率下,原状样的热传导系数和热扩散系数均大于压实样,而原状和压实样的容积比热容基本相同。红黏土的热传导性能还与试样制备方法有关,通过脱湿制得红黏土试样的热传导系数大于吸湿制得的试样,且同条件下原状样的胀缩变形均比压实样明显。采用电镜扫描和压汞技术手段测试了原状和压实红黏土试样的微观形貌及孔隙结构,发现桂林红黏土试样的微结构单元主要以碎屑、颗粒、片状体堆叠构成,且部分堆叠体被胶结物质联结着,导致结构单元体轮廓比较模糊。压实桂林红黏土试样的孔径分布呈双峰结构,孔径主要分布在0.01-1μm和1-100μm范围;原状红黏土试样的孔径分布呈单峰结构,主要为孔径0.01～1μm范围的小孔隙。对于原状和压实红黏土试样,脱、吸湿引起的收缩与膨胀主要发生在孔径0.01-1μm范围的小孔隙中。2.原状和压实红黏土试样微观结构间差异直接影响了土颗粒间的接触和液桥等热传导路径,由于原状红黏土试样的孔径分布比较单一,多为小孔隙,更有利于土颗粒和集聚体间的接触传热与液桥的形成,故原状样的热传导系数和热扩散系数大于压实样。相同体积含水率下,通过脱、吸湿制得红黏土试样的热传导系数间存在差异,其内在机理主要在于:由于土中孔隙形状的不规则性,直接导致吸、脱湿路径下土中水在孔隙内分布存在一定差异;脱、吸湿过程试样的变形是不可完全恢复的,也导致由脱湿制得试样的微观结构明显不同于吸湿制得的试样,进而影响了经由土颗粒、集聚体和液桥热传导的传热路径;由于脱、吸湿路径下试样中夹带的空气体积必然有所不同,也影响了试样的热传导系数。3.采用选择性化学溶解法去除原状红黏土试样的胶结性物质（游离氧化铁）,开展了去铁前、后红黏土试样的热传导性能测定、电镜扫描和压汞试验。结果表明,红黏土中游离氧化铁所形成的胶结作用及颗粒间特殊的连接形式明显影响了其热传导性能,相同体积含水率下,原状红黏土试样去除游离氧化铁后热传导系数和热扩散系数明显增大,分别平均增大约为29.3%和27.7%,且去铁后原状红黏土热传导系数与体积含水率关系的滞回特性有所减弱。试样微观结构测定试验结果表明,游离氧化铁主要起到联结红黏土微结构中碎屑和颗粒状单元体,去铁后原状样内相对较大的孔隙基本消失,其总孔隙数量明显少于去铁前,这些微观结构变化可较好解释游离氧化铁对原状红黏土热传导系数的影响。4.开展了不同温度（5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃）下压实红黏土试样热传导性能的测定试验。结果表明,相同含水率和干密度下,红黏土的热传导系数、热扩散系数与容积比热容均随温度的升高而增大。相同含水率下,温度对高干密度试样热传导和扩散系数的影响均大于低干密度试样。相同干密度下,干燥和完全饱和状态试样的热传导和热扩散系数几乎不随温度发生变化。红黏土热传导系数的温度效应主要与土中水汽潜热传输机制有关,土中可供潜热传输的水分和传热通道数越多,水汽潜热传输越显着,温度对热传导系数的影响也就更明显。5.搭建了室内渗流-传热-传质-地埋管换热耦合模型化试验装置,其内部尺寸为1.6×1.2×1.6 m。在此基础上,开展了一系列地埋管换热特性试验研究。结果表明,岩土体初始含水率和干密度越大,越有利于地埋管换热。与土体干密度影响相比较,地埋管换热特性对土体初始含水率的变化更为敏感。地质分层对埋管换热特性有一定影响,相同热负荷条件下,埋管释热对砂土层温度场的影响明显大于红黏土层,这主要与不同地层的热传导性能有关。地埋管换热过程中,非饱和地层土中水分的迁移同时受温、湿度驱动机制的影响,当温度驱动机制占主导地位时,地埋管近端处土体的水分便要小于远端处;而当湿度驱动机制占优势时,则远端处的水分也可能大于近端处。地下水渗流对地埋管换热的影响具有明显的方向性,它会将上游侧热量携带至下游,促进了埋管释热量向下游传递的同时,也抑制了热量向上游的传递。6.基于几何平均法和土粒间接触传热模型,建立了考虑温度影响的热传导系数预测模型,并结合热传导性能测试和文献中试验结果对模型的预测性能进行检验。在此基础上,建立了考虑热传导系数温度效应的三维热渗、热湿耦合地埋管换热模型,并采用室内模型试验结果对换热模型进行了验证,之后利用换热模型模拟分析了地下水渗流、地温梯度和地层初始状态参数等因素对地埋管换热和储热特性的影响。结果表明,地埋管换热量随着渗流速度和温度的提高而增大,而地下水渗流方向主要影响了地埋管热作用的朝向。地埋管附近土体的温度和含水率变化随着储热温度的升高而增大,地埋管入口流量对其周围土体温度场和湿度场的影响极小。随着地层初始含水率的增加,对应地埋管换热量随之增大,地埋管释热量对其远端处土体温度场的影响变大,但对近端处土体温度场的影响反而减小。地埋管周围土体水分的迁移随着土层初始含水率的增加先增大而后减小,在较低含水率下存在最大值,而当土层为干燥和接近饱和状态时,地埋管释热对土层的湿度场几乎无影响。
肖彧[6]（2020）在《深层埋管式能源桩换热特性研究》文中认为伴随我国社会经济的发展,建筑的空调系统（供热和供冷）占到社会总能耗的25%～30%,传统能源存在环境污染等弊端,清洁能源的开发迫在眉睫。在各种新能源和可再生能源中,地球地表下包含存储的地热能源能有效应用于空调系统。本文基于地热开发的能源桩技术提出了一种新型的深层埋管式能源桩技术,该技术不仅充分利用桩内埋管式能源桩的优点,并且可利用更深层地热来提高单根能源桩换热量。新型能源桩的结构形式灵活,能够根据换热需求来设计桩底深井埋管深度,实现地热资源的高效、经济利用。本文通过理论分析、现场试验及数值仿真等手段开展能源桩换热特性研究,主要工作与研究成果如下:（1）对深层埋管能源桩试验基地的总体设计、换热孔埋管设计、换热管进出口阀门设计、换热孔中传感器布置设计进行了详细介绍,提出了后钻深层埋管式灌注型能源桩的施工工艺,按照设计和施工工艺进行了深层埋管式能源桩的施工。（2）对不同工况下,深层埋管式能源桩的温度场分布进行了研究。当换热达到稳定后,进水管温度随换热深度的增加温度变化明显,出水管温度随换热深度变化不明显。其中,上部桩基部分进水管温度沿换热深度变化最快,出水管温度变化微小;下部深井部分进水管温度沿换热深度变化比出水管大。（3）利用ANSYS软件建立能源桩双U型埋管换热器模型,与现有试验结果进行比分析,验证了模型的准确性。对不同工况下,深层埋管式能源桩的温度场分布进行了研究。随着设定进口水温逐渐增大,能源桩温差逐渐增加,进口温度为30℃,能源桩进出口温差为4.31℃,进口温度为35℃,能源桩进出口温差为6.18℃,温差增加1.87℃。（4）对不同工况下能源桩整体结构换热效率进行了计算分析,加热功率3.5kw时,深层埋管能源桩总换热量为3200.63w,每延米换热量为32.01W/m;加热功率为5.5kw时,整体换热量增加1827.7w,每延米换热量增加10.6W/m,换热量增加53%。随着加热功率增大,深层埋管能源桩的换热量增加,换热效率增大。通过本文对深层埋管能源桩换热特性的研究,将为能源桩技术的推广应用提供一定的理论及实践基础。
张东海[7]（2020）在《分层和渗流条件下竖直地埋管换热器传热特性研究》文中研究说明地源热泵系统通过地下埋管换热器实现和周围地下岩土介质的热量交换,地下埋管换热器设计合理与否,决定着地源热泵系统的可靠性和经济性,是地源热泵系统能否安全高效运行的核心所在。建立准确的地下埋管换热器传热模型并用以预测其传热特征和传热规律,是合理设计地下埋管换热器的前提。地下岩土构造复杂多变,一般呈现出明显的分层特性,甚至局部出现地下含水分层构造,地埋管和周围岩土间的传热本质上属于变物性复杂介质条件下的非稳态传热问题。开展复杂条件下岩土介质中地埋管的传热规律研究,对于地埋管换热器的设计和优化具有重要的实际意义。本文采用理论解析、数值模拟、原位实验和室内测试相结合的方法,开展了复杂条件下竖直地埋管换热器的传热特性研究。通过建立能够准确反映现场实际地质条件的地埋管传热理论和数值模型,研究了分层和渗流条件下地埋管的传热规律和影响因素,并将地埋管传热模型和热泵机组模型以及建筑负荷模型耦合,丰富了复杂条件下地源热泵系统动态模拟计算理论和方法。主要内容如下:（1）基于内热源理论、分离变量法和格林函数法,以单个瞬时圆环状热源作为基本单元,提出并建立了竖直埋管换热器分层传热一体化理论模型,详细推导并获得了该理论模型的解析式。模型可统一描述钻孔和桩基竖直埋管换热器的分层传热问题,且考虑了岩土介质的横观各项同性特征,具有较为广泛的适应性。对地埋管单管和管群作用下的传热规律进行了深入研究,获得了长时间运行时分层参数对壁面平均温度的影响规律,给出了分层和均质假设下岩土温度响应的差异,表明了采用分层模型预测地埋管传热的必要性和科学性。（2）综合考虑地面对流传热边界、地下渗流条件和岩土体的横观各项同性特征,基于移动热源理论和格林函数法,建立了地面对流传热边界条件下存在地下水渗流时地埋管换热器的渗流传热理论模型,并获得了该理论模型的解析解。模型突破了传统理论将地面边界设定为第一类边界条件的限制,更切合工程实际,且更具普适性和准确度。基于该理论模型,研究了地下渗流、地面对流作用和热源径向尺寸对地埋管周围岩土温度的影响规律,可为渗流条件下地源热泵工程的设计和优化提供理论支持。（3）基于修正的管道流模型,建立了分层和渗流复杂地质条件下竖直埋管换热器三维瞬态热-渗耦合数值模型。模型通过管内一维和管外三维结合来描述地埋管换热器和周围岩土介质间的渗流和传热耦合问题,在保证计算精度的前提下,可改变由于换热管大长径比而引起的网格质量不高的弊端,显着提高计算效率。利用数值模型,研究了岩土分层和渗流条件下单管和管群作用时钻孔内部的传热特性和影响因素,获得了钻孔壁面及管内流体温度和热流的竖向分布规律。（4）搭建了工程尺度的地埋管原位热响应实验系统,基于p阶线性模型研究了分层岩土中管内流体温度分布特征和综合热性参数的确定方法。结果表明,相对于线性和对数分布,采用p阶线性模型拟合流体温度分布具有更好的精度。此外,利用原位热响应实验数据对三维瞬态数值模型在工程尺度上的适用性进行了验证,为开展复杂条件下地源热泵工程系统的性能模拟计算打下了基础。（5）综合考虑地温季节性波动及岩土体分层和渗流条件,建立了包含建筑负荷模型、地埋管换热器热-渗模型和热泵机组模型的地源热泵系统动态性能模拟计算耦合模型,丰富了复杂地质条件下地源热泵系统长期运行性能模拟计算方法。研究了夏季冷负荷占主导的冬夏不平衡负荷作用下、分层和渗流岩土介质中地源热泵系统长期运行能效的变化规律,获得了负荷特征、地层季节性温度波动、分层渗流、埋管间距因素对地源热泵系统长期运行能效的影响规律。该工作可为复杂条件下地源热泵工程的优化设计和地下储能系统的开发利用提供较为准确的计算理论和方法。
王煜升[8]（2020）在《基于地质分层的竖直地埋管换热器模型与应用研究》文中指出土壤源热泵技术利用浅层地热能进行供热和制冷,具有清洁、高效,稳定的特点。在进行热泵系统设计时,往往将土壤作为等效的均匀介质进行地埋管换热器的设计计算,忽略了地质环境的影响。基于实际的地质分层状况,在多孔介质传热理论的基础上,本文建立了考虑地下水渗流的分层地埋管换热器数值模型,计算了地埋管换热器中U型管内的水温分布特性,地埋管换热器周围土壤的温度分布及其换热特性,分析了岩土轴向分层和地下水渗流对地埋管换热器换热特性的影响。首先,在综合分析地埋管换热器换热机理的基础上,本文建立了均质地埋管换热器三维数值模型,在恒定进水温度和恒定加热功率两种工况下,利用DST（Duct Storage System,DST）模型验证了数值模型的计算精度。在恒热流工况下,定量计算了均质地埋管换热器模型沿轴向、径向温度分布和换热特性。其次,通过建立的岩土轴向分层地埋管换热器数值模型,实施热响应测试,利用获得的热物性参数建立均质地埋管换热器模型。在5kW恒热流工况下,利用两个模型计算结果,对比分析了岩土轴向分层对地埋管换热器换热特性的影响。结论显示,100h时分层模型循环流体进出水平均温度比均质模型高2.2%;地埋管周围土壤温度沿轴向不同层存在较大差异性,100h时地埋管管壁总热通量的加权平均值比均质模型高3.2%。最后,通过建立了耦合地下水渗流的分层地埋管换热器模型,结合热响应测试确定了均质模型的热物性参数。在5kW恒热流工况下,对比了有/无渗流的分层地埋管换热器模型和均质模型的计算结果。100h时分层渗流模型循环流体进、出水平均温度较无渗流分层模型低4.3%,较均质模型相应值高5.4%;100h时无渗流分层模型钻孔壁温度的加权平均值比分层渗流模型高6.6%;存在多层地下水渗流时,U型管高温区（第二层）渗流的影响较大,100h时渗流层的平均总热通量较无渗流模型高33.7%。本文通过基于地质分层耦合渗流的地埋管换热特性计算,对比分析了地埋管换热器实际换热特性与均质模型的差异。为结合地质勘探实际,确定各地质分层热物性参数的基础上,实现地埋管换热器的精确设计奠定了理论基础。
段崇豪[9]（2020）在《地埋管地源热泵系统在废弃矿山应用中的换热性能研究》文中提出当今世界正面临着能源结构转型与环境问题双重挑战,地热能作为一种清洁高效能源越来越受到人们重视,国内也紧跟时代步伐大力发展地热能,其中,地源热泵占据了当前地热开发应用类型的较大比例。但受制于浅层地热能储量有限、土地面积有限、受气候影响较大。另一方面,随着浅层矿产资源日益枯竭,矿山采掘深度逐渐向更深的地层发展,近年来出现了大量不同埋深的停运或废弃矿山,其中蕴含大量的矿山地热资源而没有得到重视。本文提出地埋管技术与废弃矿山地热开发相结合的思路,根据矿山巷道埋置于地下的特点,提出了放射状的换热器布设形式,利用换热器中循环流体与地下岩体的换热,进而对该部分地热能加以利用,同时为废弃矿山的二次利用提出了新的思路。本文分析了矿山地埋管换热过程,结合传热理论,提出了矿山地埋管传热模型,基于此,对换热相关影响因素进行了归纳总结,为后续换热特性的研究奠定了基础,主要研究如下:（1）设计并搭建了一套微型实验台,对单管换热器进行恒定热流负荷的传热实验,获得换热器循环流体及岩土体的温度响应特征,利用数值计算方法模拟了整个实验过程,通过对比两种研究手段下的计算结果,验证了数值计算方法的可靠性。（2）利用有限元方法,建立了三维单管传热模型,研究了不同矿山地层条件（原始地温、岩体导热系数与恒压热容）、换热管结构设计因素（钻孔半径、钻孔深度、换热管型、支管间距与充填材料导热系数）及运行参数（注水温度与注水速率）等对换热性能的影响规律,获得了以上因素对单管换热性能的敏感程度,可为矿山地热开发选址、结构及运行参数的设计提供参考。（3）建立了考虑相互干扰的管群传热模型,研究了不同钻孔夹角、排布方式及排距对整体换热性能的影响规律,给出了合理钻孔夹角及排距的推荐值,得出叉排布设更利于系统换热,并提取对系统换热效果影响较大的主控因素,基于多元正交回归分析方法,获得了换热性能指标的预测公式,可为实际工程提供参考。（4）选取北方某矿山作为工程案例,设计相应的运行方案,对其单一运行周期内的换热过程进行模拟计算,分析了不同时期换热性能指标及矿山岩体温度场变化规律,矿山地埋管系统取得了较好的换热效果,验证了其应用的可行性,通过对比冬夏两季冷热共采与冬季单一取热两种模式进行长期运行情况,结果表明:冬夏两季冷热共采模式能够更快达到系统稳定状态,换热效率为首个换热季的83.3%,换热量是单一取热模式的3.4倍,具有较好的长期稳定性。
侯正芳[10]（2020）在《竖直套管式地埋管非稳态传热实验与模拟研究》文中认为化石燃料的大量消耗给当今环境造成了很大污染,作为可再生能源之一,浅层地热能因此得到了广泛的应用。地源热泵作为一种有效的技术手段,在浅层地热能利用方面扮演着重要的角色。其中,地埋管换热器传热性能的好坏直接决定了地源热泵运行的高效性和稳定性。目前针对地埋管换热器的研究大多集中于U型地埋管换热器。相比之下,竖直套管式地埋管换热器具有结构简单、充分利用钻孔资源以及换热量大等优势,而正得到逐渐的认识和应用。但目前针对竖直套管式地埋管换热器传热性能的实验与数值模拟研究相对较少。为此,本文搭建了砂箱实验台以及建立了三维竖直套管式地埋管数理模型,通过实验和数值模拟两种方法研究了竖直套管式地埋管换热器及其周围土壤的非稳态传热特性,以期望为竖直套管式地埋管换热器的应用和认知提供理论依据和具体指导。本文首先搭建了竖直套管式地埋管传热特性砂箱实验台,实验研究了竖直套管式地埋管非稳态传热特性,分析了流体进口水温、进口流量及蓄取热运行模式等因素对竖直套管式地埋管及其周围土壤传热特性的影响,获得了竖直套管式地埋管周围土壤温度、单位井深换热量以及平均传热系数的变化规律。实验研究结果表明:在满足地埋管材质温度变形范围内,可通过提高进口水温来提高单位井深换热量;流体进口水温越高,距离地埋管较近处土壤的温度变化越明显;增加流体进口温度和流量对于钻孔处土壤平均传热系数并无较大影响;土壤蓄热过程中,流量越大,其土壤温度越高;在交替运行模式分别为1:1与1:2情形下,运停比越小,地埋管周围土壤温度波动范围越大;连续运行模式下,平均传热系数呈现出先下降随后保持不变的变化规律;间歇运行模式下,平均传热系数在036（W/m?℃）之间波动,呈现出由高到低逐渐趋于零的上下波动的周期性变化;取热过程中,针对径向距离较远处的土壤温度波动受到运停比的影响会小;间歇运行模式下的单位井深换热量比连续运行模式下的高;相对于单一蓄热或者取热运行时,连续运行蓄/取热交替过程的单位井深换热量较高,并且其平均传热系数较大。然后,本文建立了三维竖直套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用本文所得实验数据对数理模型进行了实验验证。在此基础上,数值模拟研究了竖直套管式地埋管换热器非稳态传热过程,分析了管径、进出口方式、循环介质、回填材料、土壤初始温度以及底部间距等因素对竖直套管式地埋管换热器非稳态传热特性的影响,获得了单位井深换热量、能效系数以及地埋管周围土壤温度的变化规律,讨论了套管式地埋管换热器的热短路现象。数值模拟研究结果发现:外管径不变,内管径越大,单位井深换热量越大;内进外出流动方式下的单位井深量较大;循环介质导热系数越大,单位井深换热量越大;土壤初始温度越低,单位井深换热量越大;内管径越大,土壤初始温度越高地埋管换热器的能效系数好;管径组合为90/54时,热短路现象最严重;循环介质选用氯化钙溶液可以有效的减缓热短路现象。回填材料的导热系数越大,同一径向距离的土壤温度越高;外进内出的流动模式下,温度在径向距离方向上影响的范围大。在本文计算条件下,内管底部与外管底部之间的距离为1.5m时,地埋管中的流体与周围土壤传热效果较好;渗流速度越大,地埋管换热量也就越大,沿着渗流方向出现热堆积的现象。
二、水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型（论文提纲范文）
（1）土壤蓄热与PV/T耦合系统夏季运行特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 PV/T集热器的研究现状 |
| 1.2.2 土壤蓄热的研究现状 |
| 1.2.3 太阳能与土壤蓄热耦合系统研究现状 |
| 1.2.4 国内外研究现状简析 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 PV/T集热器与地埋管换热器模型的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 PV/T集热器模型的建立 |
| 2.2.1 PV/T集热器的结构 |
| 2.2.2 PV/T集热器模型的建立 |
| 2.3 地埋管换热器模型的建立 |
| 2.3.1 地埋管换热器的结构 |
| 2.3.2 地埋管换热器的传热 |
| 2.3.3 土壤初始温度 |
| 2.3.4 U型管换热器的传热模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 土壤蓄热与PV/T耦合系统模型的求解 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PV/T集热器模型的求解 |
| 3.3 地埋管换热器模型的求解及验证 |
| 3.3.1 地埋管换热器模型的求解 |
| 3.3.2 有限长线热源模型验证 |
| 3.3.3 土壤初始温度模型验证 |
| 3.4 土壤蓄热与PV/T耦合系统模型的求解 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 土壤蓄热与PV/T耦合系统的夏季运行特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PV/T集热器的热电特性 |
| 4.2.1 PV/T集热器的季节运行特性 |
| 4.2.2 PV/T集热器的日运行特性 |
| 4.3 地埋管换热特性 |
| 4.3.1 土壤温度的季节变化特性 |
| 4.3.2 土壤温度的空间分布特性 |
| 4.3.3 地埋管进出口水温变化特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（2）含水沙土地源热泵相变热源实验研究与数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外相关内容研究现状 |
| 1.2.1 浅层地热能研究现状 |
| 1.2.2 地源热泵研究现状 |
| 1.2.3 地埋管地源热泵在土壤冻结情况下的研究现状 |
| 1.2.4 土壤源热泵相变热源研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第2章 含水沙土地埋管相变热源实验研究 |
| 2.1 实验准备 |
| 2.1.1 海水表面温度变化 |
| 2.1.2 海水潮位变化 |
| 2.2 实验概述 |
| 2.3 实验系统的组成 |
| 2.4 实验设备 |
| 2.4.1 热泵机组的选取 |
| 2.4.2 冷热水箱的选取 |
| 2.4.3 地埋管换热器的设计 |
| 2.4.4 循环泵的选取 |
| 2.4.5 用户末端的选取 |
| 2.4.6 循环介质 |
| 2.4.7 机组设备房的选取 |
| 2.4.8 实验测试仪器的选取 |
| 2.5 实验测点的布置 |
| 2.6 实验结果与数据分析 |
| 2.6.1 原始土层温度的变化 |
| 2.6.2 机组运行一个启停工况土层温度的变化 |
| 2.6.3 机组连续运行时土层温度的变化 |
| 2.7 实验结果计算和经济性分析 |
| 2.7.1 极端工况下的COP |
| 2.7.2 十二月热泵系统平均COP |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 含水沙土地埋管换热器传热模型的建立 |
| 3.1 多孔介质相关理论 |
| 3.2 流固耦合传热分析 |
| 3.3 含水沙土地埋管换热器传热过程分析 |
| 3.4 含水沙土地埋管换热器的数学模型 |
| 3.4.1 管内流体流动的基本控制方程 |
| 3.4.2 管内流体流动的通用控制方程 |
| 3.4.3 管内近壁面边界湍流层控制方程 |
| 3.4.4 含水沙土多孔介质相变热源控制方程 |
| 3.5 含水沙土地埋管换热器的物理模型 |
| 3.5.1 物理模型的简化 |
| 3.5.2 物理模型的建立 |
| 3.5.3 物理模型网格的划分 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 含水沙土地埋管换热器传热过程数值模拟 |
| 4.1 FLUENT软件 |
| 4.2 FLUENT求解设置 |
| 4.2.1 一般设置 |
| 4.2.2 物理模型的选择 |
| 4.2.3 材料参数的设定 |
| 4.2.4 多孔介质域的设定 |
| 4.2.5 边界条件的设定 |
| 4.2.6 求解器设置 |
| 4.3 数值模拟与实验验证 |
| 4.3.1 初始温度场 |
| 4.3.2 放热后的温度场变化 |
| 4.3.3 测点温度对比 |
| 4.3.4 模型误差分析 |
| 4.3.5 海水渗流对温度场的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 含水沙土地埋管热泵系统应用实例 |
| 5.1 建筑概况 |
| 5.2 系统设计计算 |
| 5.2.1 室内外设计参数 |
| 5.2.2 系统总体方案 |
| 5.2.3 负荷计算 |
| 5.2.4 主要设备选型 |
| 5.2.5 埋管换热器设计计算 |
| 5.2.6 室内末端的选取 |
| 5.3 运行效益分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（3）中深层地热用深U型地埋管换热器取热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 地热资源概述 |
| 1.3 地热资源利用 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 国外研究现状 |
| 1.4.2 国内研究现状 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 1.6 研究方法和技术路线图 |
| 第2章 深U型地埋管换热器围岩热物性及现场实验研究 |
| 2.1 项目地质条件概况 |
| 2.2 岩土体热物性参数 |
| 2.2.1 岩土体导热系数 |
| 2.2.2 岩土体比热容 |
| 2.2.3 岩土体热扩散率 |
| 2.3 深U型地埋管换热器取热系统 |
| 2.4 岩土体初始温度 |
| 2.5 现场实验原理 |
| 2.6 实验设备介绍 |
| 2.7 实验数据采集 |
| 2.8 实验结果与分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 分形几何理论与中深层岩土多孔介质数值模拟分析 |
| 3.1 分形几何理论的基本内容 |
| 3.1.1 分形几何的产生 |
| 3.1.2 分形几何的基本特征 |
| 3.1.3 分形几何的构成 |
| 3.2 中深层饱和与非饱和岩土多孔介质有效导热系数模型 |
| 3.2.1 饱和岩土多孔介质 |
| 3.2.2 非饱和岩土多孔介质 |
| 3.3 模型验证与讨论分析 |
| 3.4 模拟数据结果与讨论 |
| 3.4.1 孔隙液相分形维数D_(fl) |
| 3.4.2 弯曲度分形维数D_T |
| 3.4.3 孔隙率φ与液体饱和度S_w |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 深U型地埋管换热器数值传热模型及取热特性分析 |
| 4.1 传热过程分析 |
| 4.2 深U型地埋管换热器物理模型 |
| 4.3 深U型地埋管换热器数学模型 |
| 4.3.1 循环工质传热模型 |
| 4.3.2 管壁传热模型 |
| 4.3.3 保温层传热模型 |
| 4.3.4 固井水泥传热模型 |
| 4.3.5 围岩传热模型 |
| 4.4 数学模型离散方程 |
| 4.5 初始条件及边界条件 |
| 4.6 离散方程推导 |
| 4.7 数值传热模型验证 |
| 4.7.1 深U型地埋管换热器参数设置 |
| 4.7.2 传热区域节点设置 |
| 4.7.3 数值传热模型验证 |
| 4.8 热损率 |
| 4.9 影响因素分析 |
| 4.9.1 地热井入口温度的影响 |
| 4.9.2 循环水流速的影响 |
| 4.9.3 保温深度与保温层导热系数的影响 |
| 4.9.4 井底取热管长度的影响 |
| 4.9.5 钻井深度的影响 |
| 4.9.6 地温梯度的影响 |
| 4.10 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）岩溶地下水渗流对竖直地埋管换热性能影响的模型试验与数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 地源热泵的研究现状 |
| 1.2.2 地埋管换热器模型试验研究现状 |
| 1.2.3 地埋管换热器数值模拟研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 第2章 岩溶地下水渗流-地埋管传热试验平台研制 |
| 2.1 试验平台研制的工程背景 |
| 2.1.1 地源热泵技术 |
| 2.1.2 桂林岩溶地质条件 |
| 2.2 岩溶地下水渗流-地埋管传热试验平台研制 |
| 2.2.1 岩溶区GSHP应用场景概化 |
| 2.2.2 室内物理模型概化 |
| 2.2.3 室内模型试验设计构想 |
| 2.2.4 试验平台研制过程 |
| 2.2.5 试验土箱填筑过程 |
| 2.2.6 传感器布置方式 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 岩溶地下水渗流-地埋管换热模型试验 |
| 3.1 试验材料 |
| 3.2 试验方案及过程 |
| 3.3 传感器布点编号 |
| 3.4 试验结果及分析 |
| 3.4.1 第一类工况分析(无渗流) |
| 3.4.2 第二类工况分析(夏季制冷) |
| 3.4.3 第三类工况分析(冬季制热) |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 地下水渗流下地埋管换热系统模型构建及验证 |
| 4.1 三维热渗耦合模拟控制方程 |
| 4.1.1 达西定律 |
| 4.1.2 多孔介质传热控制方程 |
| 4.1.3 地埋管传热控制方程 |
| 4.2 地埋管热渗耦合模型 |
| 4.2.1 模型构建 |
| 4.2.2 边界及初始条件 |
| 4.2.3 网格划分 |
| 4.3 数值模型验证与预测 |
| 4.3.1 饱和无渗流-热源影响验证 |
| 4.3.2 夏季制冷-渗流速度影响验证 |
| 4.3.3 冬季制热-渗流速度影响的验证与模拟 |
| 4.3.4 饱和渗流-渗流水水温影响的模拟 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历、学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 致谢 |
（5）红黏土传热特性及其对岩溶区竖直地埋管换热性能的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状及分析 |
| 1.2.1 地埋管地源热泵系统的运行性能及其影响因素 |
| 1.2.2 岩土体的传热特性及其预测模型 |
| 1.2.3 地埋管传热特性与换热模型 |
| 1.2.4 地下水渗流对竖直地埋管传热性能的影响 |
| 1.2.5 土壤热湿耦合迁移对竖直地埋管传热性能的影响 |
| 1.3 问题的提出 |
| 1.4 论文构成及技术路线 |
| 1.4.1 论文构成 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 1.5 主要创新点 |
| 第二章 红黏土热传导性能的试验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 桂林红黏土基本性质指标与矿物成分 |
| 2.3 初始状态对热传导性能的影响 |
| 2.3.1 试样制备 |
| 2.3.2 试验方法 |
| 2.3.3 试验结果与分析 |
| 2.4 制样方式对热传导性能的影响 |
| 2.4.1 试样制备 |
| 2.4.2 试验方法及过程 |
| 2.4.3 试验结果与分析 |
| 2.5 矿物成分对热传导性能的影响 |
| 2.5.1 试验材料 |
| 2.5.2 试验方法与过程 |
| 2.5.3 试验结果与分析 |
| 2.6 游离氧化铁对热传导性能的影响 |
| 2.6.1 试验材料与方法 |
| 2.6.2 试验结果与分析 |
| 2.7 温度对热传导性能的影响 |
| 2.7.1 试样制备 |
| 2.7.2 试验方法 |
| 2.7.3 试验结果与分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 考虑温度影响的热传导系数预测模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Tarnawski经验模型 |
| 3.3 Gori模型 |
| 3.4 IPCHT模型 |
| 3.5 半经验半理论预测模型建立 |
| 3.6 新模型参数分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 竖直地埋管传热特性的模型化试验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 试验材料 |
| 4.3 模型化试验装置的研制 |
| 4.4 试验方案与过程 |
| 4.4.1 试验方案 |
| 4.4.2 试验过程 |
| 4.5 模型试验结果及分析 |
| 4.5.1 运行模式对地埋管换热的影响结果与分析 |
| 4.5.2 地层初始状态对地埋管换热的影响结果与分析 |
| 4.5.3 热负荷对地埋管换热的影响结果与分析 |
| 4.5.4 桂林岩溶区地质分层对地埋管换热的影响结果与分析 |
| 4.5.5 岩溶地下水渗流对地埋管换热的影响结果与分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 地下水渗流作用下竖直地埋管换热器的传热数值分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 考虑地温梯度影响的三维热渗耦合模型 |
| 5.2.1 基本假设 |
| 5.2.2 三维热渗耦合控制方程 |
| 5.2.3 初始及边界条件 |
| 5.3 热渗耦合模型验证 |
| 5.3.1 模型参数取值 |
| 5.3.2 网格划分独立性检验 |
| 5.3.3 对比分析实测与模型计算结果 |
| 5.4 影响因素分析 |
| 5.4.1 地温梯度的影响 |
| 5.4.2 渗流速度的影响 |
| 5.4.3 渗流温度的影响 |
| 5.4.4 渗流方向的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 高温下竖直地埋管换热器的储热数值分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 考虑温度变化影响的三维热湿耦合地埋管换热模型 |
| 6.2.1 基本假设 |
| 6.2.2 高温储热下热湿耦合控制方程 |
| 6.2.3 初始及边界条件 |
| 6.3 模型验证 |
| 6.3.1 土水特征曲线预测 |
| 6.3.2 模型参数取值 |
| 6.3.3 网格划分独立性检验 |
| 6.3.4 实测与热湿耦合模型预测结果比较 |
| 6.4 影响因素分析 |
| 6.4.1 储热时长的影响 |
| 6.4.2 储热温度的影响 |
| 6.4.3 地埋管入口流量的影响 |
| 6.4.4 土层初始状态的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 下一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读博士学位期间公开发表的论文 |
| 作者在攻读博士学位期间所参与的项目 |
| 致谢 |
（6）深层埋管式能源桩换热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 地源热泵技术发展及研究现状 |
| 1.2.1 地源热泵技术的发展应用 |
| 1.2.2 地源热泵技术研究现状 |
| 1.3 传统能源桩技术国内外研究现状及应用 |
| 1.3.1 传统能源桩发展及工程应用 |
| 1.3.2 传统能源桩研究现状 |
| 1.4 深层埋管式能源桩概况 |
| 1.4.1 深层埋管能源桩结构的形式 |
| 1.4.2 深层埋管能源桩的优越性 |
| 1.5 本文研究内容及目的 |
| 第2章 深层埋管能源桩设计及施工 |
| 2.1 深层埋管式能源桩设计 |
| 2.1.1 深层埋管式能源设计概况 |
| 2.1.2 换热管设计 |
| 2.1.3 传感器设计 |
| 2.1.4 集分水器进出水口阀门设计 |
| 2.2 后钻式深层埋管能源桩施工工艺 |
| 2.2.1 施工期准备 |
| 2.2.2 传感器绑扎 |
| 2.2.3 施工过程 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 深层埋管式能源桩传热特性分析 |
| 3.1 能源桩的传热模型 |
| 3.1.1 无限长线热源模型 |
| 3.1.2 有限长传热模型 |
| 3.1.3 圆柱热源理论传热模型 |
| 3.2 深层埋管能源桩的温度场分布规律 |
| 3.2.1 上部桩基温度场分布 |
| 3.2.2 下部深井换热孔温度场分布 |
| 3.3 深层埋管能源桩传热分析 |
| 3.3.1 深层埋管能源桩传热机理 |
| 3.3.3 深层埋管能源桩传热 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 深层埋管式能源桩换热仿真分析 |
| 4.1 深层埋管式能源桩换热模型 |
| 4.1.1 简化假设 |
| 4.1.2 几何建模及网格划分 |
| 4.1.3 模拟设置及参数选取 |
| 4.2 深层埋管式能源桩换热仿真分析 |
| 4.3 温度条件换热仿真分析 |
| 4.3.1 进口水温为30摄氏度 |
| 4.3.2 进口水温为35摄氏度 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 深层埋管式能源桩换热效率研究 |
| 5.1 深层埋管式能源桩换热计算理论 |
| 5.2 深层埋管式能源桩换热效率 |
| 5.2.1 基于能源桩整体结构换热效率计算分析 |
| 5.2.2 基于能源桩竖向结构换热效率计算分析 |
| 5.3 能源桩换热效率仿真对比分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论及展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）分层和渗流条件下竖直地埋管换热器传热特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状分析 |
| 1.3 存在的问题 |
| 1.4 研究内容与技术路线 |
| 2 分层岩土介质中地埋管传热理论模型和传热规律研究 |
| 2.1 研究思路和物理模型 |
| 2.2 格林函数的获得 |
| 2.3 分层传热理论模型的解析解 |
| 2.4 分层传热理论模型的验证 |
| 2.5 分层传热温度响应规律 |
| 2.6 管群作用下分层传热温度响应规律 |
| 2.7 岩土分层参数对温度响应的影响 |
| 2.8 分层模型适用时间尺度分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 3 渗流岩土介质中地埋管传热理论模型和传热规律研究 |
| 3.1 物理模型及假设 |
| 3.2 格林函数的获得 |
| 3.3 渗流传热理论模型的解析解 |
| 3.4 渗流传热理论模型解析解的验证 |
| 3.5 渗流作用下温度响应规律 |
| 3.6 地面对流效应的影响分析 |
| 3.7 热源尺寸效应的影响分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 分层和渗流条件下地埋管换热器热-渗耦合数值分析 |
| 4.1 数值模型 |
| 4.2 数值模型的验证 |
| 4.3 含渗流分层岩土介质中地埋管传热规律 |
| 4.4 管群作用下含渗流分层岩土中地埋管传热规律 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 分层岩土介质中地埋管管内流体传热特性实验研究 |
| 5.1 测试原理 |
| 5.2 实验系统 |
| 5.3 岩土分层特征和初始岩温 |
| 5.4 恒热流工况实验结果与分析 |
| 5.5 恒温工况实验结果与分析 |
| 5.6 热响应实验数据和数值模型结果对比 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 分层和渗流条件下地源热泵系统长期动态性能模拟研究 |
| 6.1 计算模型与方法 |
| 6.2 浅层地温季节性变化规律 |
| 6.3 长期动态性能模拟计算结果 |
| 6.4 浅层地温季节性变化对长期动态性能的影响 |
| 6.5 渗流作用对长期动态性能的影响 |
| 6.6 埋管间距对长期动态性能的影响 |
| 6.7 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 两层岩土介质中瞬时圆环状内热源的特征值、特征函数及相关量的推导 |
| 附录2 分层岩土介质中地埋管传热解析解的MATLAB计算程序 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（8）基于地质分层的竖直地埋管换热器模型与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 土壤源热泵系统简介 |
| 1.3 国内外土壤源热泵系统发展及研究现状 |
| 1.4 地埋管换热器研究现状 |
| 1.5 课题研究内容、意义及技术路线 |
| 2 地埋管换热器三维数值模型的建立 |
| 2.1 数值模型的建立 |
| 2.2 初始条件和边界条件 |
| 2.3 模型网格划分及独立性检验 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 地埋管换热器数值模型的验证 |
| 3.1 DST模型介绍 |
| 3.2 用DST模型验证三维数值模型 |
| 3.3 4kW加热工况下沿径向和轴向的温度分布 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 岩土分层对地埋管换热器换热特性的影响 |
| 4.1 数值模型 |
| 4.2 恒加热功率下的热响应测试 |
| 4.3 均质模型的热物性参数确定 |
| 4.4 分层模型与均质模型换热特性对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 地下水渗流对地埋管换热器换热特性的影响 |
| 5.1 分层渗流模型建立 |
| 5.2 渗流速度对地埋管换热器换热特性的影响 |
| 5.3 分层模型与考虑地下水渗流的分层模型换热特性对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 学位论文数据集 |
（9）地埋管地源热泵系统在废弃矿山应用中的换热性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 深部采掘常态化,废弃矿山数量增多 |
| 1.1.2 矿山地热资源丰富 |
| 1.1.3 矿山地热研究意义 |
| 1.2 地埋管地源热泵研究现状 |
| 1.2.1 地埋管系统应用发展现状 |
| 1.2.2 地埋管换热性能研究现状 |
| 1.3 矿山地热利用现状 |
| 1.3.1 矿山地温勘察研究现状 |
| 1.3.2 矿山地热资源利用现状 |
| 1.4 主要研究内容及方法 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 1.4.3 主要创新点 |
| 第二章 矿山地埋管换热器传热理论研究 |
| 2.1 废弃矿山地埋管系统 |
| 2.1.1 矿山地下结构 |
| 2.1.2 地埋管系统在废弃矿山中的应用 |
| 2.2 矿山地源热泵传热过程理论研究 |
| 2.2.1 热传导与对流传热概念 |
| 2.2.2 矿山地埋管系统换热过程分析 |
| 2.2.3 矿山地埋管换热器的传热模型 |
| 2.3 矿山地埋管换热器影响因素分析 |
| 2.3.1 矿山天然因素 |
| 2.3.2 工程设计因素 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 矿山地埋管换热器传热性能的试验研究 |
| 3.1 实验原理与系统 |
| 3.1.1 实验原理 |
| 3.1.2 实验系统 |
| 3.2 实验系统组成及搭建 |
| 3.3 实验设计与步骤 |
| 3.3.1 实验前准备工作 |
| 3.3.2 实验步骤 |
| 3.3.3 实验结果分析 |
| 3.4 数值模拟与实验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 矿山地埋管换热器单管传热数值模型及参数分析 |
| 4.1 COMSOL Multiphysics简介 |
| 4.2 矿山地埋管单管三维传热模型 |
| 4.2.1 模型建立 |
| 4.2.2 控制方程与边界条件 |
| 4.2.3 网格独立性验证 |
| 4.3 模拟工况设计及结果分析参数 |
| 4.3.1 模拟工况设计 |
| 4.3.2 模拟结果分析指标 |
| 4.4 矿山地层条件对换热效率的影响 |
| 4.4.1 原始地温对单管换热效率的影响 |
| 4.4.2 岩体导热系数对单管换热效率的影响 |
| 4.4.3 岩体恒压热容对单管换热效率的影响 |
| 4.5 结构设计因素对换热效率的影响 |
| 4.5.1 钻孔孔径对单管换热效率的影响 |
| 4.5.2 管径对单管换热效率的影响 |
| 4.5.3 钻孔深度对单管换热效率的影响 |
| 4.5.4 U型管支管间距对单管换热效率的影响 |
| 4.5.5 钻孔充填材料导热系数对单管换热效率的影响 |
| 4.6 负荷设计因素的换热效率的影响 |
| 4.6.1 注水温度对单管换热效率的影响 |
| 4.6.2 注水速率对单管换热效率的影响 |
| 4.7 各影响因素敏感度分析 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 矿山地埋管管群传热性能分析 |
| 5.1 管群换热模型建立 |
| 5.2 模型远边界的确定 |
| 5.3 单排管设计夹角对系统换热的影响 |
| 5.3.1 单排钻孔夹角对换热效率的影响 |
| 5.3.2 单排钻孔夹角对岩体温度场的影响 |
| 5.4 排距对系统换热的影响 |
| 5.4.1 顺排工况下排距对换热效率的影响 |
| 5.4.2 顺排工况下排距对岩体温度场分布的影响 |
| 5.4.3 叉排工况下排距对换热效率的影响 |
| 5.4.4 叉排工况下排距对岩体温度场分布的影响 |
| 5.5 管群排布方式对系统换热影响的对比分析 |
| 5.5.1 排布方式对换热效率的影响 |
| 5.5.2 排布方式对岩体温度场分布的影响 |
| 5.6 基于换热主控因素的正交回归预测 |
| 5.6.1 换热器系统正交试验设定 |
| 5.6.2 多元非线性回归分析 |
| 5.6.3 回归分析效果检验 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 矿山换热工程方案预设计 |
| 6.1 模拟工程概况 |
| 6.2 换热器系统设计 |
| 6.3 计算结果分析 |
| 6.3.1 首年取热季计算结果 |
| 6.3.2 首年取冷季计算结果 |
| 6.3.3 全年运行岩体温度响应特征 |
| 6.4 长期运行条件下不同开采形式的换热特征对比 |
| 6.4.1 换热系统连续运行五年的换热效率 |
| 6.4.2 连续运行五年的岩体温度变化特征 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及参与的项目 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）竖直套管式地埋管非稳态传热实验与模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及现状 |
| 1.1.1 课题背景 |
| 1.1.2 竖直地埋管换热器研究现状 |
| 1.1.3 地埋管换热器传热模型研究 |
| 1.1.4 研究现状总结 |
| 1.2 研究内容 |
| 1.2.1 主要研究内容 |
| 1.2.2 研究方法及技术路线 |
| 2 竖直套管式地埋管换热器传热特性实验系统搭建 |
| 2.1 实验台系统的组成 |
| 2.1.1 能量供给系统 |
| 2.1.2 储热装置 |
| 2.1.3 竖直套管式地埋管 |
| 2.1.4 实验附属装置 |
| 2.1.5 实验流程 |
| 2.2 实验数据处理 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 竖直套管式地埋管换热器传热特性的实验研究 |
| 3.1 实验参数的设定 |
| 3.2 实验数据分析 |
| 3.2.1 蓄热工况下竖直套管式地埋管换热器传热特性研究 |
| 3.2.2 取热工况下竖直套管式地埋管换热器传热特性研究 |
| 3.2.3 蓄/取热交替工况下竖直套管式地埋管换热器传热特性研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 竖直套管式地埋管换热器传热特性三维模型建立 |
| 4.1 竖直套管式地埋管换热器及周围土壤传热特性模型的建立 |
| 4.1.1 物理模型的建立 |
| 4.1.2 数学模型的建立 |
| 4.2 计算参数的设定 |
| 4.3 计算步骤 |
| 4.4 数理模型的实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 竖直套管式地埋管换热器传热特性的模拟研究 |
| 5.1 不同影响因素的条件设定 |
| 5.2 不同因素对竖直套管式地埋管换热器单位井深换热量的影响 |
| 5.3 不同因素对竖直套管式地埋管换热器能效系数的影响 |
| 5.4 不同因素对竖直套管式地埋管换热器热短路现象的影响 |
| 5.5 不同因素对竖直套管式地埋管换热器周围土壤温度的影响 |
| 5.6 渗流对竖直套管式地埋管换热器传热特性的影响 |
| 5.6.1 地下水渗流传热数学模型 |
| 5.6.2 初始条件及边界条件 |
| 5.6.3 模拟数据分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论及展望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
四、水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型（论文参考文献）
- [1]土壤蓄热与PV/T耦合系统夏季运行特性研究[D]. 曹亚兴. 东北电力大学, 2021(09)
- [2]含水沙土地源热泵相变热源实验研究与数值模拟[D]. 赵晗旭. 燕山大学, 2021(01)
- [3]中深层地热用深U型地埋管换热器取热特性研究[D]. 李俊岩. 河北工程大学, 2021(08)
- [4]岩溶地下水渗流对竖直地埋管换热性能影响的模型试验与数值模拟[D]. 贺海洋. 桂林理工大学, 2021(01)
- [5]红黏土传热特性及其对岩溶区竖直地埋管换热性能的影响研究[D]. 徐云山. 上海大学, 2020
- [6]深层埋管式能源桩换热特性研究[D]. 肖彧. 湖北工业大学, 2020(03)
- [7]分层和渗流条件下竖直地埋管换热器传热特性研究[D]. 张东海. 中国矿业大学, 2020(03)
- [8]基于地质分层的竖直地埋管换热器模型与应用研究[D]. 王煜升. 山东科技大学, 2020(06)
- [9]地埋管地源热泵系统在废弃矿山应用中的换热性能研究[D]. 段崇豪. 山东大学, 2020(10)
- [10]竖直套管式地埋管非稳态传热实验与模拟研究[D]. 侯正芳. 内蒙古科技大学, 2020