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影响湖水源热泵系统制冷供热能力若干因素的研究

作　者: 张超
导　师: 谭超毅
学　校: 湖南工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 湖水源热泵水温分布制冷供热能力因素
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

湖水源热泵空调技术作为一种新型的可再生能源建筑应用技术，较之传统的空调技术，具有节能、高效、环保、一机多用等优点，广泛应用于工程实践。在大规模的工程实践中，部分工程由于设计人员未充分考虑水温、水量等因素变化对热泵机组运行的影响，导致设计失误。本文旨在研究分析各因素的影响，提出解决方案，确定水体最大制冷供热能力指标值。本文以株洲市某开式湖水源热泵系统为研究对象，结合实验和数值模拟方法对影响湖水源热泵系统水体制冷供热能力因素进行了研究。首先，回顾了湖水源热泵系统、水温分布模拟和水体热承载能力的国内外研究现状。在此基础上，分析了湖水的热特性及水温、水质、水量、取排水温差等因素对湖水源热泵系统制冷供热能力的影响。其次，通过在自然水温模型控制方程中添加质量源项与能量源项的方法，得到热泵机组运行时的湖水水体二维水温模型，并且在实验中验证了模型的正确性。运用FLUENT模拟三种不同取排水方式的水温分布，确定不同水深的水体最大制冷供热能力指标值。研究结论表明：机组在运行40日、80日、120日后，湖水水温逐渐升高、水体趋于掺混、热分层现象逐渐减弱，这与实际情况一致；通过分析三种不同的取排水方式发现，分列式取排水方式优于其它两种；通过与冷却塔出水温度的对比，确定了湘东地区热泵机组取水的极限温度为33℃。通过对比不同水深情况下系统所能承担的冷热负荷，最大制冷供热能力指标值随着水深的增加而逐渐增大；最后运用一元非线性回归方程对模拟得到的数据进行拟合，推导出了水体最大制冷供热能力指标与湖水平均水深的关系式。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究及应用现状  11-15
    1.2.1 国外研究现状  11-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
    1.2.3 地表水源热泵系统的应用现状  14-15
  1.3 应用中存在的问题  15-16
  1.4 株洲市应用地表水源热泵技术的条件  16-18
    1.4.1 地表水水资源条件  16-17
    1.4.2 地下水水资源条件  17-18
  1.5 本文的主要工作  18-19
第二章湖水源热泵系统及其制冷供热能力影响因素分析  19-36
  2.1 湖水源热泵系统概述  19-20
  2.2 湖水热工特性研究  20-24
    2.2.1 自然湖水热特性  21-22
    2.2.2 湖水水面换热机理  22-24
  2.3 湖水水温对湖水源热泵制冷供热能力的影响  24-26
  2.4 水量对湖水源热泵制冷供热能力的影响  26-28
  2.5 取排水温差对湖水源热泵制冷供热能力的影响  28-30
  2.6 取排水方式对湖水源热泵制冷供热能力的影响  30-31
  2.7 工程实例水资源适用性论证  31-35
    2.7.1 工程概况  31-33
    2.7.2 人工湖水温验证  33-34
    2.7.3 人工湖水质验证  34-35
    2.7.4 人工湖水量验证  35
  2.8 本章小结  35-36
第三章湖水二维水温模型与参数确定  36-45
  3.1 模拟方法与湍流模型  36-38
    3.1.1 数值模拟方法  36
    3.1.2 湍流模型  36-38
    3.1.3 布辛涅斯克（Boussinesq）假设  38
  3.2 物理模型  38-39
  3.3 数学模型  39-41
  3.4 边界和初始条件  41-43
    3.4.1 边界条件  41-43
    3.4.2 初始条件  43
  3.5 数值求解  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章模拟结果分析  45-64
  4.1 机组连续运行时的水温分布  45-49
    4.1.1 连续运行 40 日的模拟结果  45-46
    4.1.2 连续运行 80 日的模拟结果  46
    4.1.3 连续运行 120 日的模拟结果  46-47
    4.1.4 模拟结果与实测结果的对比分析  47-49
  4.2 取排水方式的影响  49-52
  4.3 湖水深度的影响  52-58
    4.3.1 极限温度的选取  52-53
    4.3.2 最大制冷供热能力和水深的关系  53-54
    4.3.3 模拟结果  54-58
  4.4 模拟结果数据拟合  58-62
    4.4.1 一元线性回归分析  59-60
    4.4.2 一元非线性回归分析  60-62
  4.5 本章小结  62-64
第五章结论与展望  64-66
  5.1 主要结论  64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-70
附录攻读学位期间主要的研究成果  70-71
致谢  71

影响湖水源热泵系统制冷供热能力若干因素的研究

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