單井回灌地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器傳熱傳質(zhì)研究.pdf

1、單井回灌地源熱泵地下?lián)Q熱器的傳熱傳質(zhì)是一個(gè)涉及多孔介質(zhì)流動(dòng)與傳熱的復(fù)雜問題，是單井回灌地源熱泵應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，也是目前國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文通過理論分析、數(shù)值計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)單井回灌地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器的傳熱傳質(zhì)規(guī)律進(jìn)行了較為深入的研究與探討。 首先本文根據(jù)單井回灌地源熱泵系統(tǒng)地下傳熱傳質(zhì)的特點(diǎn)，將單井回灌地?zé)釗Q熱器的流動(dòng)與傳熱過程在空間上分為井內(nèi)與井外兩部分，確立了符合實(shí)際情況的邊界條件，在質(zhì)量與能量守恒的基礎(chǔ)

2、上，建立了井內(nèi)、井外流動(dòng)與傳熱的數(shù)學(xué)模型。 其次對(duì)所建模型進(jìn)行了求解。對(duì)于井外部分通過有限容積法對(duì)控制方程進(jìn)行了數(shù)值離散，井內(nèi)對(duì)節(jié)點(diǎn)控制體進(jìn)行質(zhì)量及能量守恒分析直接得到離散方程。在此基礎(chǔ)上確定了相應(yīng)的代數(shù)方程組的求解方法，并歸納出一套用于求解單井回灌地下?lián)Q熱器井內(nèi)外流動(dòng)及傳熱問題的隱式數(shù)值算法，并編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序。 再次對(duì)所建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過國(guó)內(nèi)單井系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和國(guó)際雜志上報(bào)道的單井回灌地源熱泵系統(tǒng)的

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)所建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 最后對(duì)承壓含水層完整井及不完整井進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并進(jìn)行了全年運(yùn)行逐時(shí)模擬；對(duì)單井系統(tǒng)地下?lián)Q熱器傳熱傳質(zhì)的影響因素進(jìn)行了分析討論。這些影響因素包括井筒內(nèi)降深、井筒壁上徑向滲透速度及井內(nèi)循環(huán)水流量等。 研究結(jié)果表明；提出的數(shù)學(xué)模型能夠較準(zhǔn)確的描述單井回灌地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器傳熱傳質(zhì)本質(zhì)，理論模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，對(duì)于井壁無(wú)滲流的裸井及有滲流的情況均有較好的適用性；井筒深度、

4、巖土層導(dǎo)熱系數(shù)、巖土層體積比熱、滲透系數(shù)對(duì)地下傳熱的換熱效果影響最大；在井內(nèi)加設(shè)節(jié)流孔板可以增大回灌率，提高地下傳熱效果，對(duì)于承壓含水層完整井，相對(duì)于在其他位置設(shè)置節(jié)流孔板來(lái)說，在井的中部加設(shè)節(jié)流孔板對(duì)于提高地下傳熱來(lái)說效果最好，同時(shí)井內(nèi)流動(dòng)損失增加也最??；井內(nèi)循環(huán)流量較大時(shí)，系統(tǒng)具有短時(shí)間承受較大脈沖負(fù)荷的能力；地下?lián)Q熱器冬季運(yùn)行工況下回灌溫度越低或夏季工況下回灌溫度越高，單位井筒長(zhǎng)度換熱量越大；在所研究的條件下，夏季井筒單位長(zhǎng)度的換