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含热源土壤热湿迁移模拟与埋地换热器实验研究

作　者: 杨睿
导　师: 李新国
学　校: 天津大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 热湿迁移非平衡热力学埋地换热器数值模拟
分类号: TB657.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

土壤是一种复杂的多孔介质,论文在分析土壤三相结构和水热特性参数基础上,以传热学为基础,采用非平衡热力学理论,对含热源非饱和土壤的热湿迁移进行理论研究,推导非饱和土壤热湿迁移的唯象方程,建立含热源土壤的一维瞬态热湿迁移模型,开展土壤热湿迁移的数值模拟。在建立一维瞬态热湿迁移模型的基础上,对能量方程和质量方程进行离散化处理,采用数值计算方法,和VB语言编制计算机程序,计算含热源土壤的温度场和湿度场变化。模拟计算得到不同土壤物性、不同初始含湿量、不同运行方式下土壤的温度场和湿度场变化,并对土壤温度场和湿度场的恢复性进行分析。最后对热湿迁移模型和纯导热模型进行对比分析。论文对天津地区一办公楼的地源热泵系统的埋地换热器,于2003~2005年3年间的运行实验进行分析,单位井深换热量随时间的变化,3年来埋地换热器的冷、热负荷进行计算和分析,研究桩埋换热器排热和取热工况下土壤温度场沿深度方向和径向的变化。结果表明,该系统的冷、热负荷不平衡,地下温度场逐年升高,长期运行,势必影响地源热泵的夏季空调运行。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题研究背景与意义  7-8
  1.2 课题研究现状  8-11
    1.2.1 地下换热器模型国内外研究现状  8-9
    1.2.2 土壤热湿迁移国内外研究现状  9-11
    1.2.3 非平衡热力学在多孔介质热质耦合迁移中的应用  11
  1.3 本文主要研究内容  11-12
第二章非饱和土壤热湿迁移理论  12-24
  2.1 土壤的三相结构理论  12-15
    2.1.1 土壤固相  12-14
    2.1.2 土壤液相  14-15
    2.1.3 土壤气相  15
  2.2 土壤的水热特性  15-18
    2.2.1 土壤的热特性参数  15-17
    2.2.2 土壤的湿特性参数  17-18
  2.3 线性非平衡热力学基本理论  18-21
    2.3.1 局域平衡假定  18-19
    2.3.2 不可逆过程的熵  19
    2.3.3 线性唯象定律  19-20
    2.3.4 唯象系数  20-21
  2.4 土壤热湿耦合迁移线性非平衡热力学模型  21-24
    2.4.1 热湿迁移的热力学流  21-22
    2.4.2 唯象方程组  22-24
第三章含热源土壤热湿迁移理论模拟  24-38
  3.1 热湿耦合传递的数学模型  24-25
    3.1.1 模型假设  24
    3.1.2 一维热湿迁移数学模型  24-25
  3.2 模型求解  25-28
    3.2.1 离散方程  25-28
    3.2.2 热湿迁移边界条件  28
    3.2.3 模型求解  28
  3.3 模拟结果与分析  28-37
    3.3.1 不同土壤传热能力的比较  28-29
    3.3.2 土壤初始含湿量对温度场和湿度场变化的影响  29-31
    3.3.3 不同运行方式下土壤温度、湿度变化和恢复性  31-35
    3.3.4 热湿迁移模型与纯导热模型对比  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 U形垂直埋管换热器传热实验研究  38-49
  4.1 实验系统简介  38-39
    4.1.1 实验系统  38-39
    4.1.2 数据采集系统  39
  4.2 数据处理方法  39-40
  4.3 实验结果与分析  40-48
    4.3.1 桩埋换热器短期间歇运行分析  40-41
    4.3.2 埋地换热器换热量分析  41-42
    4.3.3 埋地换热器长期运行分析  42-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章结论与建议  49-51
  5.1 结论  49-50
  5.2 建议  50-51
参考文献  51-55
发表论文和科研情况说明  55-56
致谢  56

含热源土壤热湿迁移模拟与埋地换热器实验研究

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