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复合式地源热泵系统辅助散热冷却塔研究

作　者: 张宏弢
导　师: 何屏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 地源热泵冷却塔传热模型节能 Fluent
分类号: TK523
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

地源热泵空调系统利用土壤作为冷热源,通过地下封闭环路中换热介质的循环流动,与大地进行热量交换,进而实现对建筑物室内环境的调节。与传统空调系统相比具有节能环保的特点。在地源热泵的实际运行中,当建筑物冬季冷负荷和夏季热负荷不匹配的时候,会出现热量在土壤中堆积的现象,影响地源热泵空调系统的使用,因此工程上常引入冷却塔进行辅助散热。但是目前针对地源热泵系统中冷却塔的传热研究及模拟还比较少,这在一定程度上也制约了复合式地源热泵系统节能的最优化。本论文主要研究对象为复合式地源热泵系统中冷却塔内空气、水流动时的传热与流动问题。针对复合式地源热泵系统,采用闭式冷却塔作辅助散热装置的形式,做了以下工作：1.复合式地源热泵系统设计中闭式冷却塔内气、水两相的对流换热问题进行了分析,建立了数学模型。2.由于冷却塔内气、水以及制冷盘管内冷却水之间存在三方换热情况,为简化模拟过程,将制冷盘管等效为壁面,进行了两相流的模拟。3.联系实际工程,对复合式地源系统的节能性进行了计算。并对土壤在冷却塔安装前后的热稳定性进行了测试。本文对复合式地源热泵系统中冷却塔进行了研究,在解决土壤热堆积问题的基础上,力求系统的节能最大化。所提供理论模型与数值计算的方法,为复合式地源热泵系统在工程上的研究利用提供理论依据和参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
    1.1.1 我国现阶段能源状况  9
    1.1.2 热泵技术应用的优势  9-10
  1.2 设计复合式地源热泵系统的原因和意义  10-11
    1.2.1 地源热泵系统的冬夏季负荷不均衡会引起土壤的温度变化  10-11
    1.2.2 单纯依靠钻孔深度以及钻孔间距的增加并不能解决热堆积问题  11
    1.2.3 解决热负荷的不平衡度是解决问题的关键  11
  1.3 复合式地源热泵系统在国内外的研究状况  11-13
    1.3.1 国外研究状况  11-12
    1.3.2 国内研究状况  12-13
  1.4 冷却塔数值模拟的国内外研究现状  13-14
  1.5 本文的研究内容  14-15
第二章热堆积现象及冷却塔的应用  15-23
  2.1 土壤的热堆积现象  15-16
  2.2 复合式地源热泵系统的特点  16-17
    2.2.1 复合式地源热泵系统由地源热泵系统和辅助散热设备组成  16
    2.2.2 复合式地源热泵可供应建筑物的生活热水  16
    2.2.3 地下埋管换热器按建筑物全年中较小负荷设计  16-17
  2.3 冷却塔的分类  17-18
  2.4 冷却塔的结构  18-20
  2.5 蒸发冷却技术简介  20-22
    2.5.1 直接蒸发冷却技术  20-21
    2.5.2 间接蒸发冷却技术  21-22
  2.6 本章小结  22-23
第三章冷却塔数学模型的建立  23-31
  3.1 数学模型的建立方法  23
  3.2 冷却塔数学模型控制方程的建立  23-28
    3.2.1 连续相(空气)模型及控制方程  23-26
    3.2.2 离散相(水)模型及控制方程  26-27
    3.2.3 离散相和连续相的耦合  27-28
  3.3 控制方程的离散化  28-29
  3.4 多相流模型  29-30
  3.5 本章小结  30-31
第四章计算流体力学及数值计算流程  31-39
  4.1 计算流体力学简介  31-32
  4.2 CFD的计算流程  32-33
  4.3 CFD的求解过程  33-37
    4.3.1 建立控制方程  33
    4.3.2 初始条件和边界条件的确定  33
    4.3.3 划分计算网格  33-34
    4.3.4 建立离散方程  34
    4.3.5 离散初始条件和边界条件  34
    4.3.6 给定求解控制参数  34
    4.3.7 求解离散方程  34-37
    4.3.8 判断解的收敛性  37
    4.3.9 输出结果的显示  37
  4.4 FLUENT软件  37-38
  4.5 本章小结  38-39
第五章冷却塔的数值模拟  39-57
  5.1 冷却塔几何模型的建立  39-41
  5.2 利用Fluent求解器进行求解  41-48
    5.2.1 网格检查  41
    5.2.2 连续相模型的设定  41-43
    5.2.3 离散相模型的设定  43-45
    5.2.4 设置气体属性  45-46
    5.2.5 设置液滴属性  46
    5.2.6 边界条件的设定  46-47
    5.2.7 松弛因子的设置  47-48
  5.3 数值模拟结果  48-56
  5.4 结论  56-57
第六章复合式地源热泵系统在工程中的研究  57-65
  6.1 复合式地源热泵系统工程概况  57-58
  6.2 地源热泵系统的节能性分析  58-60
  6.3 地源热泵系统吸热量与放热量平衡分析  60-61
  6.4 闭式冷却塔的调节  61-63
  6.5 本章小结  63-65
第七章结论及展望  65-67
  7.1 结论  65
  7.2 展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-73
附录攻读学位期间发表论文及科研情况  73

复合式地源热泵系统辅助散热冷却塔研究

内容摘要

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