Analiza numeryczna i eksperymentalna przenoszenia ciepła w wymiennikach gruntowych
Wariant tytułu
Numerical and experimental analysis of heat transfer in ground heat exchangers
Autor
Larwa, Barbara
Promotor
dr hab. inż. Krzysztof Kupiec, prof. PK
Promotor pomocniczy
dr inż. Monika Gwadera
Data wydania
2016
Data obrony
15.06.2016
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Słowa kluczowe
gruntowe poziome wymienniki ciepła
horizontal ground heat exchangers
Abstrakt
W niniejszej rozprawie przedstawiono wyniki analizy numerycznej i eksperymentalnej procesu przenoszenia ciepła w poziomych wymiennikach gruntowych.
Przedstawiono wyniki obliczeń przenoszenia ciepła w warunkach naturalnych, czyli bez zainstalowanego w nim wymiennika. Wyznaczono profile temperatur w gruncie homogenicznym w zależności od czasu dla cyklicznego stanu ustalonego. W rozważaniach uwzględniono wpływ zewnętrznego oporu przenoszenia ciepła tj. pomiędzy gruntem a otoczeniem. Rozważono również profile temperatur dla gruntu o niejednorodnych właściwościach cieplnych.
Zaproponowano nowy model matematyczny przenoszenia ciepła w gruncie. Przedstawiono założenia oraz opis modelu. W modelu wykorzystano jednowymiarowe równanie nieustalonego przewodzenia ciepła w płycie nieskończonej z wewnętrznym źródłem. Użycie takiego równania uzasadniono przez analizę numeryczną wykorzystując aplikację ANSYS. Zmienność temperatury cieczy roboczej uwzględniono w modelu poprzez potraktowanie gruntowego wymiennika ciepła jako układu szeregowo połączonych zbiorników przepływowych z idealnych wymieszaniem.
Przeprowadzono weryfikację przedstawionego modelu matematycznego poprzez porównanie wyników obliczeniowych z wynikami pomiarów przedstawionymi w literaturze.
Długoterminową pracę gruntowego wymiennika ciepła oraz zmiany średniej temperatury gruntu podczas długotrwałej eksploatacji urządzenia przedstawiono w postaci wyników symulacji cyfrowej opartej na zaproponowanym modelu.
Ponadto przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych prowadzonych w instalacji laboratoryjnej w celu sprawdzenia czy wygenerowane numerycznie mapy izolinii temperatur w złożu ziarnistym pokrywają się z mapami temperatur uzyskanymi doświadczalnie.
The dissertation presents the results of numerical and experimental analysis of heat transfer process in a horizontal ground heat exchangers.
Results of calculations of heat transfer under natural conditions (with no heat exchanger installed) were presented. Temperature profiles of a homogeneous ground versus time for the cyclic steady state were determined. The considerations take into account the impact of external resistance heat transfer, i.e. between the ground and the environment. Temperature profiles of the ground with heterogeneous thermal properties were also considered.
A new mathematical model of heat transfer in the ground was proposed. The assumptions as well as description of the model were presented. The model is based on the one-dimensional transient heat conduction equation in an infinite plate with internal source. The use of such equation was justified by numerical analysis using ANSYS application. Changes of the working fluid temperature was taken into account in the model by treating the ground heat exchanger as a series of connected flow tanks with perfect mixing.
Verification of depicted mathematical model was conducted by comparing the calculation results with the measurement results shown in the literature.
Long-term operation of ground heat exchanger and changes in the average temperature of the ground under these conditions were shown as digital simulation results based on the proposed model.
Furthermore, the results of experimental studies conducted in a laboratory installation in order to verify whether the numerically generated maps of isolines of temperature in the granular bed coincide with temperature maps obtained experimentally were shown.
Klasyfikacja PKT
442900 Energetyka o źródłach odnawialnych i inne rodzaje energetyki
440000 Energetyka
Wydział
Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej
Licencja
Licencja PK
Prawa dostępu
Zasób dostępny dla zalogowanych użytkowników lub z komputerów w domenie PK
