單井回灌地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器傳熱傳質研究.pdf

1、單井回灌地源熱泵地下?lián)Q熱器的傳熱傳質是一個涉及多孔介質流動與傳熱的復雜問題，是單井回灌地源熱泵應用中的關鍵技術，也是目前國內外在該領域研究的熱點之一。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)地下傳熱傳質的特點，將單井回灌地熱換熱器的流動與傳熱過程在空間上分為井內與井外兩部分，確立了符合實際情況的邊界條件，在質量與能量守恒的基礎

2、上，建立了井內、井外流動與傳熱的數(shù)學模型。 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，井內對節(jié)點控制體進行質量及能量守恒分析直接得到離散方程。在此基礎上確定了相應的代數(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熱器井內外流動及傳熱問題的隱式數(shù)值算法，并編寫了相應的計算程序。 再次對所建數(shù)學模型進行了實驗驗證。通過國內單井系統(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熱器傳熱傳質的影響因素進行了分析討論。這些影響因素包括井筒內降深、井筒壁上徑向滲透速度及井內循環(huán)水流量等。 研究結果表明；提出的數(shù)學模型能夠較準確的描述單井回灌地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器傳熱傳質本質，理論模擬結果與實驗結果吻合較好，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；在井內加設節(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置節(jié)流孔板來說，在井的中部加設節(jié)流孔板對于提高地下傳熱來說效果最好，同時井內流動損失增加也最小；井內循環(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