嚴(yán)寒地區(qū)利用太陽能加熱制沼氣的模擬研究

【摘要】： 在嚴(yán)寒地區(qū),由于冬季氣溫、地溫低,沼氣的生產(chǎn)存在產(chǎn)氣率低、使用率低等問題,甚至?xí)霈F(xiàn)凍裂沼氣池的現(xiàn)象,本文針對這一現(xiàn)象,提出了利用太陽能加熱制取沼氣的思路,即利用太陽能集熱系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水通過沼氣池底部的換熱器來加熱料液,使料液升溫進(jìn)行發(fā)酵,產(chǎn)生沼氣,同時對沼氣池保溫,減少能耗,提高池溫。論文以模擬研究為主,通過一些數(shù)據(jù)的計算確定,驗(yàn)證了在嚴(yán)寒地區(qū)利用太陽能加熱制取沼氣是可以實(shí)現(xiàn)的。 在理論方面,詳細(xì)介紹了太陽輻射、土壤溫度場、溫室大棚、沼氣產(chǎn)生的基本理論知識,同時建立了沼氣池周圍土壤不穩(wěn)定傳熱數(shù)學(xué)模型,并用FLUENT進(jìn)行模擬計算,與一維傳熱影響下的情況作出比較,最后得出沼氣池側(cè)壁及底面土壤溫度的變化規(guī)律。 在模擬準(zhǔn)備方面,通過前期的調(diào)研工作,了解沼氣池設(shè)計與施工的一些相關(guān)知識。經(jīng)過對比分析建立了與溫室大棚相結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模型。根據(jù)理論知識計算得出沼氣池壁面保溫層厚度、哈爾濱地區(qū)太陽能輻射強(qiáng)度和逐時室外溫度。建立模擬分析方法,利用換熱器加熱量的變化來驗(yàn)證系統(tǒng)模擬的正確性。 最后,運(yùn)用MATLAB編制程序,對沼氣池內(nèi)換熱器的加熱量、沼氣池周圍土壤的溫度場冬季和夏季的典型日進(jìn)行相關(guān)模擬,驗(yàn)證了模型的正確性。最后對系統(tǒng)全年運(yùn)行情況進(jìn)行了模擬,分析了換熱器的加熱量和沼氣池周圍土壤溫度的變化規(guī)律,并通過對有無溫室大棚下沼氣池的對比,得出結(jié)論。 【關(guān)鍵詞】：沼氣 太陽能 溫室大棚 土壤溫度場 FLUENT
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景9-12
• 1.1.1 世界能源狀況9-10
• 1.1.2 太陽能概況10-11
• 1.1.3 沼氣概況11-12
• 1.2 課題的意義12-13
• 1.3 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析13-15
• 1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容15-18
• 1.4.1 課題前期準(zhǔn)備工作15-17
• 1.4.2 本課題的主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 太陽輻射、土壤、溫室大棚及沼氣產(chǎn)生的基本理論18-36
• 2.1 太陽輻射18-24
• 2.1.1 太陽輻射基本概念18-21
• 2.1.2 太陽輻射強(qiáng)度計算21-24
• 2.2 土壤熱物性及溫度變化規(guī)律24-26
• 2.2.1 土壤熱物性24-26
• 2.2.2 土壤溫度的變化規(guī)律26
• 2.3 溫室大棚基本知識26-29
• 2.3.1 溫室大棚基本概念26-27
• 2.3.2 溫室大棚的保溫27-29
• 2.4 沼氣產(chǎn)生及成分測定29-31
• 2.4.1 沼氣的產(chǎn)生29-30
• 2.4.2 沼氣成分的測定30-31
• 2.5 沼氣產(chǎn)生所需的條件31-34
• 2.5.1 沼氣發(fā)酵原料31-32
• 2.5.2 接種物32
• 2.5.3 嚴(yán)格的厭氧環(huán)境32
• 2.5.4 適宜的溫度32-33
• 2.5.5 適宜的PH值33
• 2.5.6 適當(dāng)攪拌33-34
• 2.6 本課題沼氣池發(fā)酵情況34
• 2.7 本章小結(jié)34-36
• 第3章 太陽能加熱制沼氣系統(tǒng)建立36-48
• 3.1 沼氣池的結(jié)構(gòu)36-37
• 3.2 系統(tǒng)的組成37-40
• 3.2.1 太陽能集熱器系統(tǒng)37-38
• 3.2.2 沼氣產(chǎn)生系統(tǒng)38-39
• 3.2.3 沼氣池與溫室大棚的結(jié)合39-40
• 3.3 模擬前的準(zhǔn)備計算40-46
• 3.3.1 模擬分析方法40-41
• 3.3.2 沼氣池保溫層的計算41-44
• 3.3.3 太陽能輻射強(qiáng)度計算44-46
• 3.3.4 室外溫度選擇46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第4章 太陽能加熱生產(chǎn)沼氣系統(tǒng)的數(shù)理模型48-61
• 4.1 系統(tǒng)物理模型48
• 4.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型48-50
• 4.2.1 集熱器模型48-50
• 4.2.2 沼氣池周圍土壤溫度場模型50
• 4.3 初始條件50-54
• 4.3.1 大氣初始溫度場分布52-53
• 4.3.2 土壤初始溫度場分布53
• 4.3.3 溫室大棚內(nèi)大氣溫度場分布53
• 4.3.4 受溫室大棚影響的土壤溫度場分布53-54
• 4.4 FLUENT建模求解理論54-56
• 4.4.1 FLUENT簡介54
• 4.4.2 計算流體力學(xué)的控制方程和求解過程54-56
• 4.5 模型求解56-60
• 4.5.1 集熱器開關(guān)控制56-58
• 4.5.2 沼氣池周圍溫度場求解58-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第5章 太陽能加熱生產(chǎn)沼氣系統(tǒng)的數(shù)值模擬61-73
• 5.1 系統(tǒng)模擬框圖61-62
• 5.2 系統(tǒng)模擬的初始條件62
• 5.3 系統(tǒng)模擬結(jié)果62-67
• 5.3.1 換熱器加熱量比較63-64
• 5.3.2 沼氣池周圍土壤溫度比較64-67
• 5.4 系統(tǒng)的全年模擬運(yùn)行67-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79

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