磁场作用下单U型地埋管内纳米流体强化传热研究

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随着社会经济增长,人民生活水平提高,建筑物热量需求越来越多,而环境污染问题日益突出。因此需要在现有清洁能源之一的地埋管地源热泵技术使用基础之上,进一步提高地埋管地源热泵效率。地埋管地源热泵效率主要影响因素是地埋管换热器换热量。改变现有地埋管换热器循环工质、增加磁激作用力,开发出一种提高地埋管换热器换热量技术。本文采用数值计算的方法开展磁场作用下单U型地埋管内纳米流体强化传热研究,得到创新研究成果。主要研究内容如下:(1)以实际工程(邯郸某建筑工地)参数为基础建立地埋管换热器物理模型。根据连续性方程、能量方程、动量方程建立地埋管换热器传热数学模型。通过实际工程(邯郸某建筑工地)土壤做热响应试验,监测土壤的温度响应来计算土壤热物性。将实际测量出的进口温度拟合成公式,并用C语言表示,将模拟出口温度与实测出口温度进行比较,最大相对误差为1.6%,验证了计算结果的正确性。通过与Hausen方程计算确定的努谢尔数比较,最大相对误差为7.6%,验证了循环流体为纳米流体时模型的正确性。(2)选取不同体积份额及粒径的Fe3O4-H2O纳米流体进行夏季工况模拟计算,以每延米换热量及进出口温差为衡量标准,进行纳米流体对提高地埋管换热器换热能力的影响研究。研究发现:以体积份额为变量时,随着体积份额的增大,每延米换热量逐渐增大,进出口温差逐渐增大;以粒径为变量时,随着粒径的减小,每延米换热量逐渐增大,进出口温差逐渐增大;粒径为50nm,体积份额为2%的纳米流体对提高地埋管换热器换热效果最好,较循环流体为纯水时每延米换热量提高20.1%,进出口温差增加26%。纯金属纳米粒子Cu对提高地埋管换热器换热效果优于金属氧化物Fe3O4、Cu O,综合考虑初投资和地埋管换热效果,Fe3O4-H2O纳米流体为地埋管换热器循环流体最佳选择。(3)通过数值计算研究磁场作用对提高地埋管换热器换热能力的影响,分析计算结果得到:以磁感应强度为变量时,随着磁感应强度增大,每延米换热量逐渐增大,进出口温差逐渐增大;以磁场位置为变量时,随着L减小,每延米换热量逐渐增大,进出口温差逐渐增大;磁感应强度取0.06T,L取1m时对提高地埋管换热器换热效果最好,较无磁场时每延米换热量提高10.1%,进出口温差增加11.1%。以交变频率为变量时,随着交变频率减小,每延米换热量逐渐增大,进出口温差逐渐增大。交变频率为50Hz时可最大效率提高地埋管换热器换热能力,较无磁场时每延米换热量提高16.7%,进出口温差增加18.3%。综上,本文结合实际工程对磁场作用下单U型地埋管内纳米流体强化传热进行研究,探索提高地埋管换热器换热能力技术方法,为提高地埋管换热器换热量技术提供补充。该论文有图26幅,表8个,参考文献68篇。
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