多孔介质土壤热渗耦合模型及埋管周围土壤温度场数值模拟研究
地源热泵供热时从土壤中吸热，制冷时向土壤放出热量。土壤冬季温度高于室外气温，夏季温度低于室外气温，所以将热泵系统的换热装置安装于土壤中可以得到很好的传热工况。使用地源热泵可以减少煤的使用量，节约石油、天然气等一次能源，有利于国家改善能源结构，减少有害气体排放从而达到保护环境和可持续发展的目标。因此地源热泵是高效节能、绿色环保的供暖和空调制冷方式。
推广和应用地源热泵的关键技术之一是完善地下换热埋管的传热模型，使其更好的模拟地下换热埋管的真实传热过程。
本文建立了管内流体，以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型，模拟了U型管内流体的流动和传热、U型管与土壤的传热及土壤温度场。采用建模软件GAMBIT建立物理模型，以数值计算软件FLUENT进行模拟计算。本文的创新之处在于：①考虑了U型管的实际形状，模拟了管内流体的真实流动；②将土壤考虑为饱和多孔介质，考虑了土壤中水的二维渗流。这与以前研究者将U型管两只管腿等效为柱热源；将土壤视为固体，只考虑其纯导热的数学模型相比都有质的改进。文中首先研究了有渗流情况下，管内流体的温度变化，土壤的温度场和热作用半径，以及埋管的换热量。并与相同工况下无渗流情况进行了对比，得出渗流有利于地下埋管的运行。进一步分析了不同土壤物性，如导热系数、比热、密度、孔隙率、渗透率及不同土质，回填材料，管材对土壤温度场、热作用半径及埋管换热量的影响，对地源热泵埋地换热器的设计具有指导价值。
地源热泵供热;U型埋地换热器;土壤温度场;多孔介质;热渗耦合;数值模拟
大连理工大学
硕士
热能工程
李素芬
2006
中文
TU833.3;TU111.1
66
2007-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）