论文摘要
能源和环境问题是当今世界各国面临的重大问题,如何更好地利用有限的能源,如何更好地保护环境,已经成为当今世界各国学术和技术的研究重点。其中土壤源热泵系统以其高效节能、环境效益显著等原因被广泛应用。此外,鉴于我国地少人多的特点,采用垂直U型地埋管式换热器的土壤源热泵系统更适合我国的国情。所以本文重点研究垂直U型地埋管换热器的传热性能。本课题受到西安市建设科技项目“西安市地源热泵地埋管换热器的传热性能研究”的资助。本文首先从土壤源热泵的特点出发,结合土壤源热泵在国内外的发展现状,进而阐述了土壤源热泵相关的理论,这些内容为本文的深入研究提供了一定的理论支持。此外根据西安地区地下土壤内部结构,计算得出了本文模拟所用的土壤的热物性参数。然后利用Gambit根据实际工程1：1建立了垂直U型地埋管式土壤源热泵地下换热埋管周围土壤温度场的三维传热模型,并采用将模型划分网格的方法对计算方程进行离散,以便进行更精确的模拟计算。在模拟计算过程中,本文利用Fluent主要模拟了以下工况：在稳态和非稳态条件下进行模拟计算。其中稳态模拟中又包括夏季稳态工况和冬季稳态工况。这样做的目的是为了对所建立模型进行验证,以便在成功进行稳态模拟的基础上进行更为复杂的非稳态模拟计算。计算结果很理想,表明可以用该模型进行非稳态计算。在非稳态计算中,又分为连续运行工况和间歇运行工况。其中每种工况中根据计算时间和计算条件的不同,相应的修改模型中的条件和参数,进行计算。在非稳态计算中,本文的重点内容是通过对计算结果的分析,研究随着土壤源热泵系统运行时间和运行条件的不同,地埋管换热器与周围土壤之间的换热情况,以及在热泵运行结束以后土壤内部的温度场恢复的情况。这样做的目的是想通过本文的研究给实际工程提供一定的理论依据,使得人们对于土壤源热泵系统在实际运行过程中,如何运行会有较好的换热性能有一个更好的认识。