家用式井下换热制冷空调系统的实验研究--挑战杯
一种新型井下分布式矿井整体降温系统
第４２卷第１期煤 炭 科 技Ｖｏｌ ４２ Ｎｏ １ ２０２１年２月ＣＯＡＬＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭＡＧＡＺＩＮＥＦｅｂ． ２０２１ 收稿日期：２０２０－１０－０９； ＤＯＩ：１０．１９８９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｍｔｋｊ．２０２１．０１．０１１作者简介：王 雷（１９８１—），男，江苏徐州人，公用设备注册工程师（暖通空调），硕士，２００６年毕业于中国矿业大学机电学院流体力学专业，长期从事矿井降温工作。
引用格式：王雷．一种新型井下分布式矿井整体降温系统［Ｊ］．煤炭科技，２０２１，４２（１）：４３ ４６．ＷＡＮＧＬｅｉ．Ａｎｅｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２０２１，４２（１）：４３ ４６．文章编号：１００８－３７３１（２０２１）０１－００４３－０４一种新型井下分布式矿井整体降温系统王 雷（天津西马格特宝机械有限公司，天津 ３０１７００）摘 要：目前常见的矿井降温方式有井下集中式和地面集中式降温系统。
井底车场附近集中安装带高承压冷凝器的防爆制冷机，对设备要求太高，主要为进口产品，设备投资高；而地面集中式降温系统将制冷单元放在地面，输冷距离长，管道需要保温且冷损大。
随着开采距离井口越来越远，以上２种方式均存在冷损大、输送到末端空冷器的温升高的问题。
分布式制冷整体降温系统将换压后的冷却水送到各分区，将制冷机分散布置，降低了设备投资，节约了保温管道的投资，减少了冷量损失，提高了工作面的降温效果。
关键词：矿井降温；分布式；压力交换系统；制冷集控系统中图分类号：ＴＵ８；ＴＢ６ 文献标志码：ＡＡｎｅｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅＷＡＮＧＬｅｉ（ＴｉａｎｊｉｎＳＥＩＭＡＧＴＥＣＢＥＲＧＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０１７００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｃｏｍｍｏｎｍｉｎｅｃｏｏｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｉｎｃｌｕｄｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｇｒｏｕｎｄｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｏｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｄｅｎｓｅｒｉｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｎｅａｒｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｄｅｐｏｔ，ｗｈｉｃｈｒｅｑｕｉｒｅｓｔｏｏｍｕｃｈｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｍａｉｎｌｙｉｍｐｏｒｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ，ａｎｄｈａｓｈｉｇｈｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ；ｗｈｉｌｅｔｈｅｇｒｏｕｎｄｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｌａｃｅｓｔｈｅｒｅｆｒｉｇｅ ｒａｔｉｏｎｕｎｉｔｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ，ｗｉｔｈｌｏｎｇｃｏｏｌｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ，ｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄｌａｒｇｅｃｏｌｄｌｏｓｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｗｅｌｌｈｅａｄｇｅｔｔｉｎｇｆａｒｔｈｅｒａｎｄｆａｒｔｈｅｒ，ｔｈｅａｂｏｖｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌａｒｇｅｃｏｌｄｌｏｓｓａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌａｉｒｃｏｏｌｅｒ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｅｎｄｓｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒａｆｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈａｎｇｅｔｏｅａｃｈｚｏｎｅ，ａｎｄｔｈｅｃｈｉｌｌｅｒｓａｒｅａｒｒａｎｇｅｄｉｎａｄｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｗａｙ，ｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｓａｖｅｓｔｈｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｏｆｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｌｏｓｓｏｆｃｏｏｌｉｎｇｃａ ｐａｃｉｔｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｅｃｏｏｌｉｎｇ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｅｘｃｈａｎｇｅｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：ＴＵ８；ＴＢ６ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ａ 随着煤矿开采深度的增加，地温越来越高，需要降温的矿井也越来越多。
矿井制冷降温系统的研究与应用
矿井制冷降温系统的研究与应用摘要在地面建立制冷中心，制冷中心生产的5℃的冷水通过供冷水泵送至副井井筒中的通过改造后的备用排水管路，经过井底减压阀减压后，低温冷水进入到矿井防尘管网中，直接供至工作地点，通过安装的制冷装置，冷却工作地点进风流温度，达到降温目的。
关键词深井开采；高温热害；需冷量；水冷降温1 概述朝阳煤矿核定能力72万吨/年，从井巷设计、设备选型、系统装备等均按90万吨/年的能力施工。
2 矿井需冷量计算2.1 采掘面降温标准结合朝阳矿目前及下步深水平高温发展状况，按《煤矿安全规程》规定，生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃计算需冷量。
2.2 供冷范围按矿生产要求，降温工程共设计矿井一个综采工作面、四个掘进工作面。
2.3 矿井需冷量计算1）回采工作面需冷量的计算根据矿提供的工作面数值，计算回采工作面的需冷量为510kW。
2）掘进工作面需冷量计算风量260m3/min，按同样方法计算四个掘进工作面需冷量，四个掘进工作面总需冷量为610kW。
3）矿井总需冷量Q=510+610=1120kW目前矿井井下降温需冷量为：Qc=K*Q=1.2×1.25×1120=1680kW3 制冷降温方案确定制冷水降温主要由制冷水系统、输冷系统、井下输冷散冷系统四大部分组成。
4 水制冷降温系统4.1 主要制冷设备选型4.1.1 井下制冷综采工作面上隅角附近安装1台MK-300空冷器和1台MK-150空冷器，制冷量500kW，满足降温需求。
掘进工作面的需冷量为150kW，进风巷采用1台新雪公司生产的MK-200空冷器，作为热交换器，满足降温需求。
井下降温总循环冷水量103.2m3/h，考虑到井下防尘用水量及地面空调用水，选择冷水量为120m3/h，用于制冷器降温后的，剩余回水，经过回水管排到地面。
地面选用3台1032kW的水冷螺杆机组，冷冻水由20℃降为5℃，所需的水量为120m3/h，可满足矿井1个回采工作面、4个掘进工作面的降温需求及地面中央空调供冷。
家用冰蓄冷中央空调的设计和试验研究的开题报告
家用冰蓄冷中央空调的设计和试验研究的开题报告一、选题背景随着全球经济的发展和城市化进程的加速，人民生活水平逐步提高，空调的普及率也越来越高。
在炎热的夏季，空调成为了人们工作、学习、生活中必不可少的设备。
但是，空调的使用也给能源消耗带来了巨大压力，对环境造成了一定的影响。
因此，在能源节约、环保的背景下，如何研究开发一种节能环保的家用中央空调系统，成为了值得探讨和开发的重要课题。
本文拟研究一种家用冰蓄冷中央空调系统的设计和试验，旨在寻求一种节能的空调使用方式。
二、研究目的本文旨在研究一种冰蓄冷中央空调系统的设计和试验，通过对其能耗、运行稳定性、环保性等方面进行测试和评估，全面掌握该系统的使用效益和适应性，为其在大规模使用中做好充分准备。
三、研究内容1、冰蓄冷空调系统的基本原理及设计方法；2、冰蓄冷空调系统的关键技术，如冰蓄热材料的选择、蓄冰槽的设计和制作等；3、冰蓄冷空调系统的能效分析和评估；4、冰蓄冷空调系统的试验和数据分析。
四、研究方法1、文献调研法：通过查阅相关文献，了解与冰蓄冷空调系统相关的理论和实践，为研究提供基础支撑。
2、实验研究法：通过对冰蓄冷空调系统的搭建和试验，运用多种物理实验手段对系统性能进行评估和检验。
3、分析比较法：对冰蓄冷空调系统与传统空调系统的能效、环保等性能比较分析，找出冰蓄冷空调系统的优缺点和存在问题，为提高系统性能和实际应用提供参考依据。
五、研究意义本文采用家用冰蓄冷空调系统的设计和试验方法，旨在提高空调能效，减轻环境压力，探寻一种节能环保的空调使用方式。
研究成果对于推广该技术、促进绿色环保发展具有一定的现实意义。
六、预期结果通过本研究，预期可以得到以下结果：1、深刻理解冰蓄冷系统的基本原理和实现方法；2、通过对实际建设及测试，分析冰蓄冷系统的性能、可靠性等，并且比较它与传统空调系统，为冰蓄冷系统的普及和大规模应用提供了参考；3、发现和解决冰蓄冷系统中存在的问题，为该系统的高效、可靠运行做足准备。
一种井下新型空气压缩人工制冷系统
材料： 应兼具防火功能，所以必须为无机保温材 料； 导热系数及其密度应尽可能小，如泡沫玻璃板、 岩矿棉板、玻璃棉板、微孔硅酸钙、膨胀珍珠岩制品、 膨胀蛭石制品、轻集料发泡混凝土保温板及砌块、各 种无机保温粉料、无机保温浆料及其制品等均为 A 级防火保温材料。
2 系统简介
该系统的基本情况如下： 先在围岩上覆盖一层 保温隔热材料，再在这层材料上面设置换热水袋，袋 内蛇形布置空气管，管内以流动的空气作为制冷工 质，并采用空气压缩制冷装置对其中的空气进行降 温，管外充少量水（ 水中适量添加防腐剂） 。 2. 1 系统的功能
保温隔热材料的覆盖一方面能够有效减少围岩 散热，另一方面也为换热水袋提供一个温度相对较 低的安装平台； 换热水袋在进一步减少围岩散热的 同时，将高温围岩的热辐射转变为低温换热水袋的 热辐射，大大降低了环境与人体间的辐射换热量，而 且通过水袋与风流间的对流换热能够降低风流温 度。需要指出的是，该系统的功能以减少辐射换热 量为主，当风温过高时还可以借助其他辅助措施来 强化制冷效果，进一步降低风流温度。 2. 2 系统的组成
Series No. 434 August 2012
金属矿山
METAL MINE
总 第 434 期 2012年第 8 期
一种井下新型空气压缩人工制冷系统
任 森1，2
（ 1. 内蒙古科技大学矿业工程学院； 2. 内蒙古煤炭安全开采与利用工程技术研究中心）
摘 要 以工程热力学与传热学的理论为基础，结合井下实际情况提出一种新型人工制冷系统。该制冷系统 由一套空气压缩制冷装置及换热水袋组成，袋内有蛇形布置的空气管，工质空气在管内流动，并借助其他制冷装置 完成工作循环。巷道围岩上覆盖一层保温隔热材料，换热水袋安装在这层保温材料之上。该系统不仅能通过井下 风流与换热水袋的对流换热降低风流温度，而且有效阻隔了围岩散热，并将高温围岩与人体间的辐射换热转变成 低温的换热水袋与人体间的辐射换热，因此制冷效果更好。制冷工质空气本身廉价且无毒害。
大学生课题研究-挑战杯参赛范文-中央空调末端改造节能措施
中央空调末端改造节能措施1．前言节能，人类的难题人类解。
节能，不只是为了度过眼前的煤荒、油荒、电荒。
不只是中国人需要节能，也不只是中国人在做节能不是要降低生活品质，相反要让生活质量稳步提升。
大城市、大机关、大集团、大企业是中国节能四大主力。
一个时期以来，全社会政治、经济、军事的热点话题不可谓不多。
然而，唯独有关缺煤、缺油、缺电的报道，长期占据各大报纸的显著位置，尤其是电力受到空前关注。
前几年全国大部分省、区、市严重缺电，各地电网出现不同程度的拉闸限电，一年缺电达600亿度，此时正有数亿人受着缺电的“煎熬”。
几乎中外专家都众口一词地认为，我国能源利用效率比国际先进水平低10个百分点，仅为33％。
在8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47％，占工业部门能源消费总量的73％。
节能不是难点，关键是非个人消费能源如何节约。
“十一五”期间节能降耗的主要措施是：调整优化产业结构，严格限制高耗能产业发展，大力开发、推广和应用节能技术，加强能源生产、运输、消费各环节的管理。
在日本，绝大部分空调的耗电量已降到10年前的30%到50%，冰箱一年的耗电量只有200千瓦时，只相当于10年前同类产品的七分之一。
在各类建筑物中，大量采用先进设备和相应配套设备而成的中央空调系统已成为现代化建筑技术的重要标志之一，是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施。
对这些设备的设计、安装和运行管理不仅直接关系到业主和用户的根本利益，而且也关系到对部环境的保护。
例如，在智能建筑中，集中空调系统的监控点数量常常占全楼监控点总数的50％以上，其能耗常常占全楼总能耗量的50％以上。
由此可见，中央空调系统在现代建筑中是极其重要的.尤其在现代智能建筑中，中央空调系统是不可少的组成部分。
因此.研究中央空调系统能耗的意义就尤其重要。
对空调系统能耗的研究要实现的目标是，如何在创造良好室内小环境的前提下利用能源，达到对外部大环境的最小破坏.以实现可持续发展的长远目标。
一种新型地热井下换热器供热系统的热力分析
1 前言
本文提出了一种新型的供热系统，即井下换热器与热泵相结合的供热系统。当换热 器供水温度较低时，供水需经热泵冷凝器，提高供水温度，从而提高了供热负荷能力。 回水温度较高时，需经过热泵蒸发器，降低井下换热器的进水温度，从而可以有效地提 高从地下提取的总热量，而且可以降低对地下热储层温度上限的要求。由于井下换热器 只取热不取水，因此，不存在因过量开采水资源而引起地下水水位下降，甚至导致地面 下沉等问题；并且循环水为纯净水，也不会出现设备的腐蚀和结垢的现象，延长了设备 使用寿命。但由于井下换热器是利用地下水与井下换热器间的自然对流换热，所以它提 取 的 热 量 只 相 当 于 直 接 抽 水 供 热 的 1/4-1/2[ 1 ]。因 此 ，如 何 选 择 地 热 井 址 、设 计 井 下 换 热 供热装置对提高采热率至关重要。
计算实例主要考虑了热储水文参数、井下换热几何结构参数、建筑结构、供暖指标、散热
器参数等。已知参数如表 2-1 列出：
表 2-1 计算参数数值
符号 数值 单位
循环水流量
G
2.0
kg/s 泵功率 (有泵)
环境温度 热储温度 供热指标 供热总面积 散热器性能指数 散热器性能指数 换热器表面积
Ta
-10
Th
求出h0
。并通过(6)式得到k值。D是与井管
直径和井下换热器管径有关的无量纲数，αm是多孔介质热扩散系数，H是热储层深度[2]。
1.2.2 加入热泵
当供水温度Ts较低时，需要启动热泵提高供水温度。其它环境条件不变，比如室内向室 外的热传递公式与未加热泵相同。而散热器与室内间的自然对流公式只需把(2)中的Ts 改为 Ts1，循环水的热平衡公式需把(3)中Ts 改为Ts1，井下换热器在热储层的对流换热公式需把(4) 中Tb 改为Tb1，由能量守恒，在加热热泵后有Q1=Q2=Q3=Q4+P =Q，由于多了两个未知量Ts1和 Tb1，还需加入两个方程：
水源热泵在井下制冷降温中的应用研究
２１年 期 ０ 第２ ０
水 源热 泵 在 井 下制冷 降 温 中 的应 用研 究
周升举 ， 国庆 刘
（ 巨龙能源有限责任公 司， 新 山东 巨野 ２ ４ １ ） ７ ９ ８
摘
要
水源热泵是利用地 球水所储藏 的能量资源作为冷、 热源 ， 进行能量转换 的空调技术。新 臣龙公司将水源 热泵应用到井下， 利用矿井地
５ ｃ 左右 ， ４ｌ ： 通过管路排至井下水仓 ， 该运行工况 除制冷
正常耗 电外 ， 不产生额外 的排水 电费。
２ 水源 热泵 制冷 系统设 备选 型
水源热泵 制冷降温技术是根据“ 蒸发吸热 ， 放 冷凝
热” 的制冷原理 进行 工作 的。 以制冷 工况 为例简述 水
源热泵 的工作流程 ： 缩机做 功将工 质蒸 汽加压 至饱 压
一
作。 助理工程师。获得 ２ ０ 年山东省煤炭科学 技术一 等奖 ， ０ 年 ０９ ２ ９ ０ 新汶矿业集团公司职工技术创新成果二等奖 。
和状态并将它压入在 冷凝器 中 ， 工质蒸 汽在 冷凝器 中
以辅二大巷制冷硐室 水源热 泵 （ 供两个 掘进工作
面制冷 ） 为例进行设 备选 型计算 ， 主要装备有 ： 水源螺
冷凝 ， 释放热量 ， 经膨胀 阀节流后进入蒸发器 内吸收介 质水 （ 冷冻水 ） 的热量后 蒸 发 ， 质水 的温 度降 低 ， 中 介
式 中：一空气密度 （ ｇｍ ） ｐ ｋ／ 。 ； Ｇ 一空气流量 （ ３ｈ ； ｍ ／ ）
一
作者简介 ： 升举 （９ ３一 ， ， 周 １８ ） 男 汉族 ，０ ７ 毕业于 湖南科技 大 ２０ 年
学， 本科 ， 在山东新 巨龙能源有 限责任公 司从事 矿井 “ 通三 防” 一 工
微型制冷系统性能实验研究及高效换热器研制的开题报告
微型制冷系统性能实验研究及高效换热器研制的开题报告题目：微型制冷系统性能实验研究及高效换热器研制一、研究背景和意义微型制冷系统在电子、通信、医疗等领域有广泛的应用。
由于其体积小、重量轻、功耗低等优点，越来越受到关注。
与传统的制冷系统相比，微型制冷系统的制冷量较小，但需要满足更高的效率和更低的功耗要求。
高效的换热器是微型制冷系统中的核心组件，其性能直接影响系统效率和制冷能力。
因此，本研究旨在探索微型制冷系统的优化设计，提高其性能和功率效能，为微型制冷系统的应用提供技术支持和理论依据。
二、研究内容和方法本研究拟采用实验方法，探究微型制冷系统的性能和换热器的优化设计。
具体研究内容如下：1.搭建微型制冷系统性能测试平台，测试不同工况下的制冷量、功耗、制冷效率等参数，并分析系统性能变化规律。
2.研制高效换热器，利用数值模拟方法优化设计，测试其传热性能，探索不同工况下的最佳性能点，并分析影响性能的因素。
3.分析制冷剂的循环特性，研究不同参数下制冷剂在系统中的流动状态和传热特性。
4.综合前述研究结果，探索微型制冷系统的优化设计策略，提高制冷系统的性能和功率效能。
三、预期成果1.建立微型制冷系统性能测试平台，获取测试结果，分析系统性能变化规律。
2.研制高效换热器，测试其传热性能，分析影响因素并提出优化建议。
3.探究制冷剂循环特性，为制冷系统性能提升提供理论依据。
4.提出微型制冷系统优化设计策略，为其在实际应用中提供技术支持和理论依据。
四、论文结构安排1.绪论：阐述研究背景、目的和意义。
2.文献综述：介绍微型制冷系统和高效换热器研究现状，并分析制约微型制冷系统性能和效率的因素。
3.制冷系统性能测试实验：介绍微型制冷系统性能测试平台搭建方法、测试参数及结果分析。
4.高效换热器研制：介绍高效换热器的设计方案、数值模拟原理、性能测试方法及结果分析。
5.制冷剂循环特性研究：介绍制冷剂循环特性的理论模型，实验方法和结果分析。
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家用式井下换热制冷空调系统的实验研究The experimental simulation of downhole heat exchangingsystem in the house类别: 自然科学类学术论文作者:“开拓者”团队摘要我国中低温对流型地热资源丰富，如能充分开发，则可节省大量的常规能源，缓解经济、社会发展日益增长的能源需求。
针对我国地热资源以中低温为主的特点，通过实验与理论研究确定井下换热器制冷过程中各影响要素及其热力学性能，对其应用的实现具有至关重要的作用。
该系统利用地下水的恒温（16℃-19℃）性，使用动力设施将高温水(>30℃)从室内引入，通过管道运输到水井中，利用换热器使循环水在井中与井水多次换热后，热量传递至井水和井壁，然后将制得的冷水从井中管道再利用泵导入至室内，可以为室内提供冷量。
本文建立了一套可控制换热器入口温度和循环流速的模拟实验研究系统，通过改变U型管的几何参数和换热器入口温度和流速大小，对与井下换热器热性能相关的多种因素进行对比实验。
基于实验数据，分析了井下换热器与热水储层的换热温差、井下换热器管内流速以及换热器系统管几何参数等因素对井下换热器热输出功率和管外换热系数的影响作用。
得到了井下换热器的传热实验关联式，此关联式可为形成一整套新型节能、环保、经济可靠的空调系统的设计提供参考指导。
关键词：井下换热器冷却对流换热实验模拟AbstractThe abundant low-temperature geothermal resources provide China an opportunity to save conventional fossil fuel resources. If fully developed, the growing demand for coal and oil with the economic and social development could be relieved significantly. Downhole Heat Exchanger(DHE) is such a clean method. The keypoint to make an efficient use of DHE depends on both the knowledge of its heat transfer characteristics at given strata conditions and that of its thermodynamic performance.The groundwater with constant temperature (16~19℃)was used in the DHE system to cool the cycling water with higher temperature (>30℃)pumped from room. Through the DHE the heat in cycling wagter was transfered to the groundwater and through the well wall to the aquifer. Then, the cooled cycling water was pumped through pipe to cooling the room.This paper present a simulated experiment system in laboratory, which can provide different water temperature and a changeable flow rate. About 40 series of experiments were carried out under various parameter combinations, such as the geometric parameters, working conditions and reservior permeability, etc. The heat output rate and heat transfer coefficient on the outside of U-tube were analized based on these different factors.A heat transfer correlation was presented for DHE based on the analyses of different factors, which can be used as a reference in the energy-saving design of HV AC.Keywords: Downhole heat exchanger, Cooling, Convective heat transfer, Experimental simulation目录1课题研究背景 (7)1.1能源与环境面临的问题 (7)1.1.1我国主要城市地面温度及温度波幅 (8)1.1.2能源安全与建筑能耗 (10)1.1.3国家号召节能减排 (13)1.2目前地下换热形式 (14)1.2.1传统换热形式的隐患 (15)2课题相关研究现状 (16)2.1井下换热器系统的发展与现状 (16)2.1.1井下换热系统的实验研究 (17)2.2已有井下换热系统的不足 (20)3本文研究内容概述 (21)3.1井下换热系统模拟实验研究 (21)3.2实验系统 (21)3.2.1实验系统设计思路及原理 (22)3.2.2试验系统组成 (23)3.2.3实验原理图.................................. 错误！未定义书签。
3.3换热效果图..................................... 错误！未定义书签。
3.4实验进行中..................................... 错误！未定义书签。
4实验方法 . (24)5数据处理与结果分析 (25)5.1实验原则 (26)5.2 处理数据 (26)5.2.1多孔介质参数 (26)5.2.2井下换热器换热热性能参数 (27)5.3实验误差分析 (30)5.3.1直接测量参数的误差 (31)5.3.2所求参数的误差 (31)5.4对比实验测量数据分析 (32)5.4.1井下换热器管内流速的影响 (33)5.4.1.1管内流速对制冷速率的影响 (33)5.4.1.2管内流速对井下换热器出口温度的影响 (34)5.4.1.3管内流速对外侧对流换热系数的影响 (35)5.4.2换热温差的影响 (36)5.4.2.1换热温差对取热功率的影响 (36)5.4.2.2换热温差对井下换热器出口温度的影响 (37)5.4.2.3换热温差对外侧对流换热系数的影响 (38)6论文创新之处 (39)7 参考文献 (40)1 课题研究背景1.1 能源与环境面临的问题人类的生产活动无不以消耗一定的能源为必要条件。
从史前燧人氏钻木取火到1825年石蜡硬脂蜡烛的出现，从19世纪末电灯的发明到目前用于不同场所的各种太阳能灯具，能源的形式和利用手段也伴随着人类文明的发展产生了与时俱进的演变。
另一方面，与人类自身的发展程度相应的是人类对其赖以生存的自然环境的影响程度，在工业革命后的300多年中，人类消耗的能源是此前450万年的总和【l】【2】。
大量化石燃料的使用造成了空气污染、酸雨、全球气候变暖等日益突出的环境问题。
我国酸雨区面积达200万平方公里，2004年以来出现酸雨的城市有298个，因建筑腐蚀和土壤酸化造成的经济损失每年在千亿元以上【3】【4】，地球生物圈内平均每天有1~3个物种正在走向消亡，截至2000年地球上的物种已有10~20％灭绝【5】【6】，全国有超过70％的河流湖泊遭受不同程度的污染，3亿以上的农村人口的饮水安全得不到保障，城市水源地约30％存在不同程度的污染【7】【8】，直接影响了人类的生活质量乃至生命健康。
以能源为基础的工业经济的高速发展，使石油、煤炭、天然气等一次能源日趋枯竭，以目前的储量和消耗量预计，最多能够维持一、二百年人类生存的需要。
能源安全问题已成为全球性问题，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策并实施各种开源节流措施以减少国家经济发展中的对外能源依赖【9】【10】【11】。
提高能源利用效率，因地制宜地开展清洁、可再生能源的利用成为各国竞相开展的能源研究项目和科研机构的研究重点【12】【13】【14】。
通过地质调查，全球地热资源基数为140×106EJ／a，我国为11×106EJ／a，占全球的7.9％。
这证明我国地热资源丰富，分布广泛，其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。
全国已发现地热点3200多处，打成的地热井2000多眼，其中具有高温地热发电潜力有255处，预计可获发电装机5800MW，现已利用的只有近30MW。
目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价，为地热开发利用打下了良好基础。
另外据专家测算，我国浅层地能资源潜力巨大，仅百米内的土壤每年可采集的低温能量相当于1.5乘以10的12次方千瓦的电能，而百米内地下水每年可采集的低温能量大约相当于2.2乘以10的8次方千瓦的电能。
但是，从开发利用总量来说，我国地热利用仍处于初级阶段，地热在我国能源结构中所占比例还不足0.5％。
因此更激励我们去节约能源以及更好的节约能源的方案。
1.1.1我国主要城市地面温度及温度波幅（表1-1）众所周知，地层有蓄热作用，温度波在向地层深处传递时，不仅会造成温度波的衰减，还有时间的延迟，随着深度的增加，温度的变化的幅度越来越小。
温度波动根据周期分为日温度波动和年温度波动两种，日温度影响深度只有1.5米左右；年温度波动则大得多。
通过实际测量可知，达到一定深度后，年温度波幅衰减为零，在一般工程计算可以忽略不计。
某地层温度达到了一个近似恒定值。
此处被称为恒温层。
恒温层深度因地质构成材质的不同而变化，在此处水温与土壤表面年平均温度基本相同。
井水具有低温恒温特点，制冷能效比高达1：5以上(1kwh电量产生5000W冷量)，比一般风冷热泵空调制冷能效比1：2.5提高一倍，比用冷却塔水源的冷水机组制冷能效比1：3.5再提高50%。
本课题进行的模拟实验就是利用恒温层水的特性，将对目标地制冷后的水通过管道与换热器连接，通过换热器利用自然对流的换热方式使其将热量转移至恒温层的水，然后再利用动力装臵将管道中的水抽取出来，再次对目标地制冷，完成一个循环。