寒區(qū)戶用沼氣池聯(lián)合太陽能增溫系統(tǒng)研究

【摘要】： 在高寒地區(qū)受氣候條件的限制,農(nóng)村靠自然溫度發(fā)酵的沼氣池在冬季不僅產(chǎn)氣率低,甚至會凍裂沼氣池,無法保證沼氣池常年連續(xù)運行。本文研究利用太陽能給沼氣池加熱,提高沼氣池發(fā)酵溫度,在連續(xù)陰雪天氣,利用沼氣爐維持沼氣池在10℃以上正常發(fā)酵溫度,保證沼氣池全年連續(xù)高效產(chǎn)氣 本文對戶用沼氣池聯(lián)合太陽能增溫系統(tǒng)進行了設計計算:計算了8m3沼氣池在不同設計溫度時的各種熱負荷、設計沼氣池保溫方式、計算所需保溫層厚度;計算太陽能集熱器上的太陽輻照度及所需集熱器面積以及沼氣鍋爐的加熱量等。 在哈爾濱呼蘭縣對青鎮(zhèn)曲家屯搭建實驗系統(tǒng):建造混凝土沼氣池和玻璃鋼沼氣池,并給沼氣池配套了太陽能加熱系統(tǒng),使用了平板集熱器和真空管集熱器。在哈爾濱地區(qū)最冷的12月和1月,進行了跟蹤實驗。根據(jù)實驗結果,驗證系統(tǒng)設計的正確性。 最后,用MATLAB和FLUENT對沼氣池聯(lián)合太陽能系統(tǒng)進行模擬研究,分析集熱器在一天中的有效集熱量、加熱器的加熱量、沼氣池對周圍土壤溫度場的影響以及加熱方式對產(chǎn)氣率和系統(tǒng)能耗的影響。 給戶用沼氣池配套一個太陽能加熱系統(tǒng),系統(tǒng)簡單靈活易于實現(xiàn)。本文對我國高寒地區(qū)推廣戶用沼氣池具有一定的參考價值,而且對提高南方自然溫度發(fā)酵的沼氣池產(chǎn)氣率也具有一定的指導意義。 【關鍵詞】：沼氣池 太陽能集熱器 高寒地區(qū) 保溫
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 沼氣研究與利用狀況9-12
• 1.2.1 國外沼氣研究及利用現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)沼氣研究及利用現(xiàn)狀11-12
• 1.3 沼氣池聯(lián)合外熱源增溫系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本課題的主要研究意義及內(nèi)容13-15
• 1.4.1 本課題研究的主要意義13-14
• 1.4.2 本課題的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 沼氣發(fā)酵及集熱器太陽輻照分析15-30
• 2.1 沼氣發(fā)酵基本原理15-18
• 2.1.1 沼氣發(fā)酵條件15-17
• 2.1.2 沼氣發(fā)酵原料配比17-18
• 2.2 沼氣發(fā)酵工藝18-20
• 2.2.1 沼氣發(fā)酵工藝流程18
• 2.2.2 沼氣發(fā)酵工序18-20
• 2.3 太陽位置確定20-23
• 2.3.1 太陽位置20-22
• 2.3.2 日照時間22-23
• 2.4 太陽輻射23-25
• 2.4.1 太陽直射輻射23-24
• 2.4.2 散射輻射24-25
• 2.4.3 地面反射輻射25
• 2.4.4 總輻射計算25
• 2.5 太陽集熱器25-29
• 2.5.1 太陽能集熱器性能分析25-28
• 2.5.2 太陽能集熱器安裝位置28-29
• 2.6 本章小結29-30
• 第3章 沼氣池聯(lián)合太陽能增溫系統(tǒng)30-61
• 3.1 沼氣池聯(lián)合太陽能增溫系統(tǒng)設計30-32
• 3.1.1 系統(tǒng)原理圖30-31
• 3.1.2 系統(tǒng)運行方案31-32
• 3.2 沼氣池設計計算32-54
• 3.2.1 池型參數(shù)計算32-38
• 3.2.2 沼氣池熱負荷計算38-50
• 3.2.3 沼氣池保溫設計50-54
• 3.3 沼氣池內(nèi)加熱器設計計算54-56
• 3.3.1 換熱盤管長度確定54
• 3.3.2 換熱盤管傳熱系數(shù)54-56
• 3.4 太陽能集熱器設計計算56-59
• 3.4.1 集熱器采光面上太陽輻照量56-57
• 3.4.2 太陽能集熱器面積計算57-59
• 3.5 小型沼氣鍋爐加熱沼氣池設計59-60
• 3.6 本章小結60-61
• 第4章 太陽能沼氣池聯(lián)合系統(tǒng)實驗研究61-77
• 4.1 太陽能沼氣實驗系統(tǒng)62-63
• 4.2 實驗方案63-66
• 4.2.1 測量儀表63
• 4.2.2 實驗方法63-64
• 4.2.3 實驗原理64-66
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)分析66-76
• 4.3.1 溫度狀況分析66-71
• 4.3.2 系統(tǒng)換熱量計算71-73
• 4.3.3 沼氣鍋爐聯(lián)合沼氣池系統(tǒng)換熱計算73-74
• 4.3.4 實驗誤差計算74-75
• 4.3.5 設計計算值與實驗結果比較75-76
• 4.4 本章小結76-77
• 第5章 沼氣池聯(lián)合太陽能系統(tǒng)模擬研究77-90
• 5.1 太陽能集熱器有效集熱量模擬分析77-80
• 5.1.1 建立集熱器數(shù)學模型77-78
• 5.1.2 模擬結果與實驗對比分析78-80
• 5.2 沼氣池內(nèi)加熱盤管換熱量模擬分析80-83
• 5.2.1 加熱盤管數(shù)學模型81-82
• 5.2.2 模擬結果與實驗對比分析82-83
• 5.3 沼氣池溫度場模擬分析83-88
• 5.3.1 模型及邊界條件84-85
• 5.3.2 模擬結果分析85-88
• 5.4 加熱方式對產(chǎn)氣率和系統(tǒng)節(jié)能的影響分析88-89
• 5.5 本章小結89-90
• 結論90-91
• 參考文獻91-95
• 附錄95-99
• 攻讀學位期間的研究成果99-101
• 致謝101

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