学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

直膨式土壤源热泵地下换热系统两相流动的传热研究

作　者: 赵宏
导　师: 张宝刚
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 直接膨胀式土壤源热泵 U型铜管埋地换热器两相流混合物模型相变传热数值模拟
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 33次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

土壤源热泵系统是建筑领域可再生能源利用的重要形式之一，被称为是21世纪最具发展前途的一项空调新技术。与第二环路土壤源热泵系统相比，直接膨胀式土壤源热泵系统具有更为高效节能的优点，是未来土壤源热泵技术发展的趋势。在直接膨胀式土壤源热泵系统中，埋地换热器内的制冷剂流动换热过程是一个复杂的两相流动与相变传热问题。目前，地下换热系统的研究工作多以实验为主，地埋管内两相流动与传热过程的理论研究报道不多。以流体力学和传热学为基础，地埋管内的沸腾、凝结传热特性还有待进一步的研究。为此，本文主要做了以下工作：针对地埋管换热器内的制冷剂流动与传热过程，引入两相流混合物模型，对影响两相流混合物模型的相关因素进行分析，利用自定义函数技术添加相界面质量和热量传递源项，对两相流混合物模型进行修正，得到竖直埋地换热器两相流动沸腾换热模型。运用本文建立的模型，进行了不同进口质量流量、不同进口干度条件下回填土与U型管、U型管与流体间的三维换热与流动数值模拟，分析流动演变机制与换热规律，总结出了影响流动发展和换热效果的几个主要因素。基于三维计算得出的不会出现热短路问题和U型管内换热主要集中在进口支管管段等结论，选取进口支管段为研究对象，进行进口工质参数，如干度、流量、温度等参数对管内相变特性、换热特性以及流动特性的影响研究，探讨了深埋换热系统设计方法和相关参数的选取原则。基于SPSS统计软件，通过方差分析的方法，检验了进口工质参数对出口温度、出口总压恢复系数和出口蒸汽体积分数的影响程度；通过回归分析的方法，求解了进口工质参数对出口工况参数影响的相关模型；提出减小地下换热系统埋深的设计思路，并基于多目标规划模型求解蒸发充分发展段最佳换热性能对应的工况参数。本文首次将两相流混合物模型引入到U型埋地铜管换热器沸腾传热性能计算，建立的修正两相流混合模型符合工程精度要求，研究成果有助于加深对埋地换热器内部流动和传热机理的认识，为后续实验研究提供一定指导，对地下换热系统设计与结构优化有一定的参考意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-22
  1.1 研究背景  13-16
    1.1.1 地源热泵系统概述  13-14
    1.1.2 间接式土壤源热泵与直接式土壤源热泵  14-16
  1.2 国内外研究现状  16-20
    1.2.1 直接膨胀式土壤源热泵的研究进展  16-18
    1.2.2 土壤源热泵垂直埋地换热器传热模型的进展分析  18-19
    1.2.3 气液两相流和沸腾换热的研究进展  19-20
  1.3 研究目的和主要内容  20-22
第二章地埋管换热器传热分析及传热模型建立  22-28
  2.1 垂直 U 型地埋管换热器的传热过程  22
  2.2 地埋管换热器传热理论  22-25
  2.3 导热型地埋管传热模型的建立  25-27
    2.3.1 建模假设  25-26
    2.3.2 物理模型  26
    2.3.3 边界条件  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章数值方法及两相流混合模型  28-38
  3.1 数值方法介绍  28-31
    3.1.1 前处理器 GAMBIT  28
    3.1.2 求解器选择及压力场修正  28-30
    3.1.3 差分格式介绍及选择  30-31
  3.2 两相流动  31-33
    3.2.1 概述  31
    3.2.2 两相流计算模型  31-33
  3.3 两相流混合物模型的相关因素分析  33-37
    3.3.1 流型  33-34
    3.3.2 管内强制对流沸腾换热的影响因素  34-35
    3.3.3 浮升力  35-36
    3.3.4 第二相物性参数  36-37
    3.3.5 相界面热量传递、质量传递源项  37
  3.4 本章小结  37-38
第四章竖直埋地换热器内两相流动传热影响因素分析  38-51
  4.1 计算模型和边界条件  38-39
  4.2 数值方法的验证  39-40
  4.3 流量、干度对传热及流动特性的影响  40-50
    4.3.1 温度场分布  40-43
    4.3.2 相分布  43-45
    4.3.3 流场分布  45-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章进口工质参数对换热与流动特性的影响  51-65
  5.1 几何模型  51
  5.2 不同进口干度下管内换热与流动特性分析  51-58
    5.2.1 温度场分析  51-54
    5.2.2 相场分析  54-56
    5.2.3 流场分析  56-58
  5.3 不同进口流量下管内换热与流动特性分析  58-61
  5.4 不同进口温度下管内换热与流动特性分析  61-63
  5.5 多参数影响下管内换热与流动特性对比  63-64
  5.6 本章小结  64-65
第六章基于 SPSS 工质参数对换热与流动的因素影响分析  65-76
  6.1 因素敏感性分析  65-68
    6.1.1 干度、质量流量对出口温度的影响  65-66
    6.1.2 干度、质量流量对总压恢复系数的影响  66-67
    6.1.3 干度、质量流量对蒸汽体积分数的影响  67-68
  6.2 因素回归分析  68-74
    6.2.1 干度对出口温度的回归分析  68-69
    6.2.2 干度、质量流量对总压恢复系数的回归分析  69-70
    6.2.3 干度对蒸汽体积分数的回归分析  70-72
    6.2.4 进口温度对出口温度、总压恢复系数和蒸汽体积分数的回归分析  72-74
  6.3 减小地下换热系统设计埋深的讨论  74
  6.4 本章小结  74-76
第七章结论  76-78
  7.1 结论  76-77
  7.2 展望  77-78
参考文献  78-82
作者简介  82
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  82-83
致谢  83-84

直膨式土壤源热泵地下换热系统两相流动的传热研究

内容摘要

全文目录

相似论文