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在我国,空调能耗占建筑能耗的40％以上,占全社会总能耗的四分之一左右,并呈现逐年增长的趋势。因此,开发节能型热泵空调技术,对缓解我国能源短缺、实现“十一五”规划提出的单位GDP节能20％的目标,有着重要的意义。地表水源热泵作为地源热泵的一种形式,是一项国家大力推广的节能环保的可再生能源技术,它的节能效果主要通过换热器来实现,换热器的优化是系统节能的前提。但目前国内地表水源热泵的工程应用较少,对地表水源热泵换热器方面积累的经验数据也较少。
本文以闭式地表水源热泵换热器为研究对象,采用GAMBIT软件建立湖水和换热器的模型,利用FLUENT进行数值模拟,获得非稳态条件下换热器在湖水中的换热数据。本文的研究重点主要有以下几点：
1.模拟换热器在夏季和冬季典型工况下的换热量,由于换热器换热量是由管内循环水和湖水之间的温差决定的,因此可以根据模拟的数据绘制温差和换热量的曲线图,为换热器管长的设计提供参考；
2.研究当流速从0.4m/s变化到1.4m/s时,换热器传热系数和水泵耗功的变化情况,模拟结果表明,传热系数随着流速的增加而增大,但增加的幅度在减小；同时水泵消耗的功率随流速的增加大幅度增长,考虑两者综合作用的结果,建议夏季和冬季的管内设计流速为0.6m/s-0.8m/s;
3.模拟当换热器的外径尺寸分别为25mm、32mm和40mm时,传热系数的变化趋势,结果表明：当流速相同时,管径越小的换热器传热系数越大,同时它所消耗的水泵功率较小；
4.模拟换热器之间距离的大小对换热量的影响,拟合换热量与管间距的关系曲线,根据模拟结果,可以认为当管间距大于354mm时,换热器之间的温度场不发生相互影响。
本文还对单U管、盘管和螺旋管这三种换热器进行了实验研究,通过大量实验数据来分析三种换热器的换热性能,实验结果表明,单U管的换热性能最好。