閉式地表水源熱泵換熱性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國面臨的能源、環(huán)境形勢日益嚴(yán)峻，可持續(xù)發(fā)展的概念日益受到重視。水源熱泵是一種具有廣闊應(yīng)用前景的建筑節(jié)能技術(shù)，我國具有豐富的地表水資源，這一現(xiàn)狀決定了閉式地表水源熱泵在我國有著廣闊的應(yīng)用前景。源側(cè)換熱器的設(shè)計(jì)是成功實(shí)施地表水源熱泵的關(guān)鍵。
　　 本文首先概括了國內(nèi)外對閉式地表水源熱泵換熱器設(shè)計(jì)的研究成果，指出了目前工程設(shè)計(jì)中采用的經(jīng)驗(yàn)值法的局限性——首先經(jīng)驗(yàn)值不準(zhǔn)確，其次不能適應(yīng)復(fù)雜、多變的工況；然后從流動與傳熱

2、的數(shù)學(xué)模型、閉式換熱器換熱性能實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬及工程實(shí)測出發(fā)，分析了幾種常見換熱器換熱的特征，得出了一些初步結(jié)論，實(shí)測數(shù)據(jù)也顯示了目前應(yīng)用地表水源熱泵需要注意的一些問題。主要內(nèi)容如下：
　　 ①概況了水溫分層研究成果，將水溫分層模型作為計(jì)算初始條件加載在基本流動與換熱模型上，并對模型進(jìn)行了適當(dāng)簡化，得出了描述水溫分層條件下?lián)Q熱器換熱的微觀數(shù)學(xué)模型。簡要分析了數(shù)學(xué)模型求解的可行方案，提出數(shù)值法分析、求解流場、溫度場的分布及傳熱過程的

3、動態(tài)變化；
　　 ②通過實(shí)驗(yàn)研究指出：a.在典型流動水體和靜止分層水體條件下，換熱器內(nèi)部水溫分布規(guī)律：水溫隨入口長度基本呈對數(shù)衰減關(guān)系，基于這一特征的考慮，換熱器長度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮具體入口水溫、外部水溫、換熱器規(guī)格等參數(shù)，進(jìn)而取最佳換熱長度；b.基于工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法存在一個(gè)問題：換熱器內(nèi)部循環(huán)水的流速對換熱的影響是不可忽略的，其大小對換熱器整體換熱性能有顯著影響；
　　 ③給定初始水溫分布狀態(tài)，采用Bussinessq假設(shè)，

4、用數(shù)值方法對換熱器在典型流動水體和靜止溫度分層水體中散熱過程的二維和三維模擬，獲得了相關(guān)溫度場及流場分布規(guī)律及換熱量大小。模擬結(jié)果顯示：盡管換熱溫差造成的密度差驅(qū)動的流速非常小，但隨著時(shí)間的推移，動量不斷積累，并向外擴(kuò)散，形成兩個(gè)對稱漩渦由換熱管附近向上擴(kuò)展；當(dāng)漩渦外圍擴(kuò)散到水體自由表面后，漩渦開始向換熱管水平面以下發(fā)展；換熱管外部水溫受漩渦擴(kuò)散的影響較大，因而換熱管布置深度的設(shè)計(jì)必須考慮水體中漩渦的發(fā)展；
　　 ④通過實(shí)驗(yàn)和模

5、擬研究指出，流動水體中換熱器各盤管之間的影響是可以忽略的，只有在流速小到0.01m/s以下時(shí)，換熱器上游才會對下游換熱造成一定影響，——約6.04％(模擬條件下)，實(shí)際工程中基本可以忽略；
　　 ⑤對實(shí)際工程案例中換熱器冬夏季的換熱性能進(jìn)行了分析，描述了其換熱性能同湖體特征水溫變化之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)表明，閉式換熱器實(shí)際運(yùn)行性能未能達(dá)到設(shè)計(jì)水平。在冬季，換熱性能極低，而熱泵機(jī)組的低溫保護(hù)對系統(tǒng)正常運(yùn)行很不利，在長江流域及其北部，應(yīng)用