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UDC:
中国地质大学
博士学位论文
地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价
学号:
博士生:
学科专业:水文与水资源工程
指导教师: 教授
所在学院:环境学院
二○一五年三月
学校代码:10491
研究生学号:(三宋)
中国地质大学
博士学位论文
地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价
博士生:邓鼎兴
学科专业:水文与水资源工程
指导教师:万军伟教授
二○一五年三月
A Dissertation Submitted to China University
of Geosciences for the Doctor Degree of Hydrology and Water Resources Engineering
Heat Transfer Modelling of the Borehole Exchanger under the Groundwater Flow and Shallow Geothermal Energy Suitability Evaluation
:Deng Dingxing
Major:Hydrology and Water Resources Engineering
Supervisor:Wan Junwei
China University of Geosciences
Wuhan 430074 P. R. China
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学位论文作者签名:
日期: 年月日
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学位论文作者签名:
日期: 年月日
作者简介
地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价
博士生:邓鼎兴
指导教师:万军伟
摘要
浅层地温能作为一种清洁能源,因为它的高效、无污染性,越来越多地被应用于城市居民的供暖与制冷当中。浅层地温能资源赋存于地表以下200m深的范围以内,具有分布广、储量大的特点,现今的开发利用状况与它庞大的资源储量相比还有很大的开发空间。现今制约地埋管地源热泵技术发展的因素有很多,其中最主要的原因是由于对地埋管换热器与岩土体间的热量传递认识不全面,导致在前期盲目地设计,以至于换热器换热性能发生大幅下滑,给地埋管地源热泵的技术推广带来很大阻碍。因此,本文主要针对有、无渗流条件下地埋管地源热泵换热特性展开分析,就地埋管换热器与周围岩土体之间的换热过程进行更深层次的探究,并从区域尺度和场地尺度对浅层地温能的开发利用进行适宜性评价。
通过前期理论分析和福州地区实地的原位试验,利用数值模拟软件建立了无渗流和存在地下水渗流两种机制下地埋管换热器换热过程的数值模型。通过引入换热器换热能效系数、有效换热持续时间及单位深度换热量三个参数,对地埋管换热器的换热特性及换热能力进行量化分析。分析了有渗流和无渗流作用岩土体中换热器换热性能的差异,并讨论了不同地埋管结构、岩土体性质以及冬夏不同热负荷特性条件下群管换热器换热性能的变化。针对多层型岩土体展开讨论,研究其单层岩土体中存在渗流流动时换热器换热特性的差异,并就热弥散作用对换热的影响展开初步探究。利用层次分析法对浅层地温能进行进行区域尺度的评价;采用数值模拟的方法针对实际工况对浅层地温能进行场地尺度的评价,主要得到以下结论:
,热量以圆形辐射状向外部进行传输,容易产生热量的堆积,换热器在运行10年后仍未达到局部热平衡;在有渗流流动(1×10-6m/s)的条件下,热量在地下水上游的传输受到抑制,在水流下游的传输得到促进。渗流作用能有效减弱热量堆积的不利影响,且换热器在运行的第100天就能达到局部换热平衡状态。同时,渗流流动能提高地埋管换热器的换热能力,在连续运行的第10年,同比无渗流工况,换热器单位深度换热量增加了约68%(0~60m均存在渗流流动)。
2.