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岩土热响应测试仪的研制与实验研究

作　者: 尹振江
导　师: 王景刚
学　校: 河北工程大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 岩土热物性参数热响应测试仪 MCGS数据采集系统
分类号: TU831.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

进入21世纪,中国经济持续快速地发展,工业化、城镇化进程加快,能源需求快速增长,能源供需矛盾日益突出,生态环境不断恶化,特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化,我国社会的可持续发展受到严重威胁。浅层地热能作为一种可再生能源日益引起人们的兴趣,地埋管地源热泵以其节能高效、清洁环保得到了广泛的应用。由于地埋管地源热泵地下埋管换热器设计偏差过大,投资成本过高,严重制约了地埋管地源热泵的推广和发展。解决这一问题的关键就是准确测定地下岩土的热物性参数,目前这方面的测试仪器还非常少,测试方法也不是很多,本文遵循《地源热泵系统工程技术规范》研制了岩土热响应测试仪。本文将以线热源模型为基础的平均传热系数法作为设计原理,设计了岩土热响应测试仪,并根据测试需要以MCGS软件为基础编写了数据采集系统。本热响应测试仪使用电加热器模拟夏季运行工况下地源热泵机组的冷凝器,通过测量地埋管进出口温度,地层原始温度,循环水流量等物理量,然后通过已经编写好的基于MCGS软件的岩土热物性数据采集系统进行处理,最终得到测试区的平均传热系数。其中电加热器电流的测量由电流互感器,电流变送器与数据模块实现,电压测量由电压变送器及数据采集模块实现,流量测量由电磁流量计及数据采集模块实现,温度测量采用PT100铂电阻温度传感器及温度采集的数据模块来实现,最后,系统使用研华研制的ADAM-4520通讯模块将信号由RS-485转换为RS-232实现设备与装有MCGS数据采集系统的计算机进行通讯。热响应测试仪的MCGS数据采集系统能够处理实验所需参数;屏幕显示主要包括采样参数的动态显示,各测量和计算参数显示,各类数据的动态趋势曲线等;同时该系统还能具有自动判稳,自动记录数据,自动计算结果并存档及各种历史数据图形分析和曲线数据输出等功能。本热响应测试仪研制成功后,设计实验方案,在建成的地源热泵实验室进行了岩土热响应测试,得到了所在地岩土的平均传热系数。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-25
  1.1 本课题的研究背景  12-14
    1.1.1 世界能源利用状况  12-13
    1.1.2 我国当前的能源状况  13-14
  1.2 热泵的分类及特点  14-18
    1.2.1 空气源热泵  14
    1.2.2 地源热泵  14-18
  1.3 地源热泵技术的发展与研究现状  18-19
    1.3.1 国外的发展与研究现状  18
    1.3.2 国内发展与研究现状  18-19
  1.4 岩土热物性测试仪国内外研究状况  19-24
    1.4.1 岩土热物性测试仪国外研究现状  19-22
    1.4.2 岩土热物性测试仪国内研究现状  22-24
  1.5 本文研究的目的及主要内容  24-25
第2章岩土热响应测试的理论分析  25-34
  2.1 岩土热物性参数  25-27
    2.1.1 岩土密度  25-26
    2.1.2 岩土比热容  26
    2.1.3 岩土导热系数  26-27
    2.1.4 岩土热扩散系数  27
  2.2 岩土热物性测试方法  27-30
    2.2.1 查表法  28
    2.2.2 稳态测试法  28-29
    2.2.3 探针法  29
    2.2.4 现场热响应测试法  29-30
  2.3 岩土热物性的计算模型  30-32
    2.3.1 线热源理论  30-31
    2.3.2 圆柱源理论  31-32
  2.4 岩土热物性测试的平均传热系数  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章岩土热响应测试仪的研制  34-48
  3.1 测试仪的基本原理  34-35
  3.2 测试仪的总体结构  35-36
  3.3 加热系统  36
  3.4 循环系统  36-37
  3.5 数据采集系统  37-47
    3.5.1 温度测量  37-40
    3.5.2 流量测量  40-44
    3.5.3 电压测量  44-45
    3.5.4 电流测量  45-46
    3.5.5 ADAM-4520 通讯模块  46
    3.5.6 计算机终端  46-47
  3.6 电器控制系统  47
  3.7 本章小结  47-48
第4章基于MCGS 组态软件的数据处理系统  48-58
  4.1 MCGS 组态软件的系统构成  48-49
  4.2 MCGS 组态软件的五大组成部分  49-50
  4.3 MCGS 组态软件的功能和特点  50-51
  4.4 MCGS 组态软件的工作方式  51-52
  4.5 组建新工程的一般过程  52-53
  4.6 测试系统的人机交互界面  53-57
    4.6.1 “基本测试参数”界面  53-54
    4.6.2 “主运行状态”界面  54-55
    4.6.3 “参数瞬时变化曲线”界面  55-56
    4.6.4 “参数历史变化曲线”界面  56
    4.6.5 测试数据存盘浏览  56-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章岩土热响应测试的实验研究  58-69
  5.1 测试地点的现场状况  58-62
    5.1.1 气象  58-59
    5.1.2 水文  59
    5.1.3 地质  59
    5.1.4 测试试验台概况  59-62
  5.2 测试前的准备工作  62-64
    5.2.1 测试仪安装步骤及注意事项  62-63
    5.2.2 测试仪电气连接及注意事项  63
    5.2.3 测试过程中主要参数的确定  63-64
  5.3 测试试验步骤  64-65
    5.3.1 采集地下未扰动的地层原始温度  64-65
    5.3.2 测试、采集数据  65
    5.3.3 数据存储  65
  5.4 测试数据处理及分析  65-67
  5.5 测试仪误差分析  67-68
    5.5.1 误差产生的原因  67
    5.5.2 温度测量系统的误差分析  67-68
    5.5.3 流量测量系统的误差分析  68
  5.6 本章小结  68-69
结论  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
附录  75-78
作者简介  78
攻读硕士学位期间所发表的论文  78-79

岩土热响应测试仪的研制与实验研究

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