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1、學(xué)校代碼：10255學(xué)號(hào)：2131317DONGHUAUNIVERSITY碩士學(xué)位論文樁基地埋管傳熱特性的數(shù)值模擬研究StudyonNumericalSimulationofHeatTransferCharacteristicsofBuriedPileBase專業(yè):建筑與土木工程作者：姚明健導(dǎo)師：趙敬德副教授葉大法高工2015年5月東華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品
2、及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰寫，我對(duì)所寫內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日摘要樁基地埋管傳熱特性的數(shù)值模擬研究摘要樁基螺旋埋管換熱器作為地源熱泵系統(tǒng)一種新的地下埋管換熱類型，它不僅具有傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，而且還大大緩解了土壤源熱泵系統(tǒng)由于鉆孔多而造成的初投資過(guò)高、占地面積較大等問題。所以，掌握樁基螺旋埋管換熱器的換熱性能，得到土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)就具有重要意義。到目前為止，樁基螺旋埋管的換熱性能以及設(shè)計(jì)參數(shù)還十分缺少。而作為能夠較直觀的反映土壤的熱物性和埋管的換熱性能的地下埋管換熱器周圍土壤溫
3、度場(chǎng)的研究主要還是集中在理論階段，沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并且對(duì)樁基地埋管熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)土壤溫度場(chǎng)的模擬不是很多，這就使得研究成果的應(yīng)用在一定程度上受到了限制。在此背景下，本文建立樁基螺旋埋管換熱器的三維數(shù)值分析模型，并驗(yàn)證了模型的正確性。分析了在不同的進(jìn)口溫度、不同的進(jìn)口流速，不同的土壤熱物性、不同的樁基混凝土熱物性、不同的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間邊界條件下，對(duì)螺旋型管熱作用半徑影響的探究。運(yùn)行一個(gè)月后，310K的進(jìn)口溫度作用下的熱作用半徑為2.05m；同樣地，運(yùn)行一個(gè)月后，1.2m/s的進(jìn)口流速作用下的熱作用半徑為2.3m。運(yùn)行十個(gè)小時(shí)后，對(duì)于土壤熱擴(kuò)散率較大的熱
4、作用半徑為1.36m，而土壤熱擴(kuò)散率較小的熱作用半徑為1m；同樣地對(duì)于熱擴(kuò)散率較大的混凝土熱作用半徑為1.52m，而混凝土熱擴(kuò)散率較小的為1.14m，得出進(jìn)口溫度和進(jìn)口I東華大學(xué)碩士學(xué)位論文流速對(duì)樁基地埋管的換熱性能影響較小，而土壤熱物性和混凝土熱物性對(duì)樁基地埋管的換熱性能影響較大。進(jìn)口流速一般可以控制在0.3m/s0.7m/s之間。樁基地埋管更適合在土壤熱擴(kuò)散率更大的地區(qū)，同時(shí)應(yīng)該選擇熱擴(kuò)散率較大的混凝土。另外對(duì)比了分析相變回填材料和樁基混凝土回填材料兩者的傳熱特性。模擬運(yùn)行十個(gè)小時(shí)，對(duì)比分析了水平溫度場(chǎng)的溫度分布，得出樁基混凝土回填井溫度分布梯度較
5、相變材料回填井溫度梯度大，熱作用半徑也更大。相同的工況下使用相變材料后的熱作用半徑僅為樁基混凝土熱作用半徑的54%?？梢姡褂孟嘧儾牧匣靥钅軌驕p少土壤熱擾動(dòng)半徑。若采用相變材料回填，從而可以在工程上縮小鉆井間距，減少土壤使用面積。關(guān)鍵詞：樁埋管；數(shù)值模擬；相變材料；熱作用半徑IIABSTRACTNUMERICALSIMULATIONOFHEATTRANSFERCHARACTERISTICSOFAPILEBASEPIPEABSTRACTPilespiralheatexchangerasagroundsourceheatpumpsystem,anewtyp
6、eofundergroundheatexchanger,itnotonlyhastheadvantagesoftraditionalgroundsourceheatpumpsystem,butalsogreatlyeasedthegroundsourceheatpumpsystemsduetothedrillingandmoreduetothe[1]highinitialinvestment,itcoversanarealargerproblems.So,itisimportanttomasterthepilespiralheatexchangerhe
7、attransferperformancetogivegroundsourceheatpumpsystemdesignedparameters。Sofar,pilespiralpipeheatexchangerperformanceanddesignparametersarealsoverylack.Asthestudyofthesoilthermalpropertiesandheattransferperformancethatreflecttheburiedundergroundheatexchangersoiltemperaturefieldma
8、inlyconcentratesinthetheoreticalstage,norelevan
