地源热泵地理管随机传热特性计算机模拟

【摘要】： 地源热泵是指利用土壤或地下水的低温位热能和蓄热性能的一种热泵系统。地埋管中的传热是一个复杂的、非稳态的过程,其数学求解十分困难。而现阶段采用的确定性分析理论与设计方法,往往导致工程投资偏高或效能比较低。合适的做法是,应尽量考虑起主导作用的随机因素,采用随机传热分析与可靠性理论设计方法。 本文着重从以下几个方面开展了研究工作: 1.阐述了地源热泵地埋管传热的研究现状及研究意义。对现有的地埋管传热模型进行了归纳总结,并在其基础上引入了地源热泵地埋管随机传热模型的概念。对随机传热影响因素进行了分析,得出对地埋管模型及计算结果影响较大的随机性参数。 2.通过可靠性理论分析方法,对地源热泵系统可靠性指标进行了定义。并以换热量指标为例,建立了地源热泵地埋管可靠性分析的基本方法和设计步骤。 3.以国际上实用的一维Kelvin线热源模型为基础,对地源热泵地埋管线热源温度场进行随机分析。得出了地源热泵地埋管随机传热过余温度场的均值、方差和协方差的表达公式,及其统计和时空相关性特征。 4.结合工程实例,通过计算机模拟得到了温度场的相关性及随机性的描述图形,探讨了地源热泵随机传热的统计特征,为地源热泵的可靠性分析与设计提供依据。 本文计算结果表明,地埋管传热明显与距地埋管中心距离和系统运行时间相关,且各地埋管间的传热影响不容忽视。本文方法对完善可靠性设计理论,降低地源热泵地埋管施工成本具有重要意义。探索出了可行的、对实际地下换热器设计有意义的理论方法,这为地下换热系统进一步的研究工作奠定了基础。