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)是一個涉及多孔介質(zhì)流動與傳熱的復(fù)雜問題，是單井回灌地源熱泵應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，也是目前國內(nèi)外在該領(lǐng)域研究的熱點之一。本文通過理論分析、數(shù)值計算及實驗驗證對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，將單井回灌地?zé)釗Q熱器的流動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)、井外流動與傳熱的數(shù)學(xué)模型。 其次對所建模型進行了求解。對于井外部分通過有限容積法對控制方程進行了數(shù)值離散，井內(nèi)對節(jié)點控制體進行質(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)外流動及傳熱問題的隱式數(shù)值算法，并編寫了相應(yīng)的計算程序。 再次對所建數(shù)學(xué)模型進行了實驗驗證。通過國內(nèi)單井系統(tǒng)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和國際雜志上報道的單井回灌地源熱泵系統(tǒng)的

3、實驗數(shù)據(jù)，對所建立數(shù)學(xué)模型進行了實驗驗證。 最后對承壓含水層完整井及不完整井進行了數(shù)值計算，并進行了全年運行逐時模擬；對單井系統(tǒng)地下?lián)Q熱器傳熱傳質(zhì)的影響因素進行了分析討論。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)果與實驗結(jié)果吻合較好，對于井壁無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，對于承壓含水層完整井，相對于在其他位置設(shè)置節(jié)流孔板來說，在井的中部加設(shè)節(jié)流孔板對于提高地下傳熱來說效果最好，同時井內(nèi)流動損失增加也最??；井內(nèi)循環(huán)流量較大時，系統(tǒng)具有短時間承受較大脈沖負荷的能力；地下?lián)Q熱器冬季運行工況下回灌溫度越低或夏季工況下回灌溫度越高，單位井筒長度換熱量越大；在所研究的條件下，夏季井筒單位長度的換