多相流沼气池增温技术的研究
发布时间：2021-05-24 00:25
温度是影响沼气池产气率的关键因素。为保证沼气发酵的正常进行,需要对沼气池采取恰当的保温措施,并配套相应的增温系统。然而目前常用的静态增温方式对内部增温不均,热效率低；动态增温方式存在结构复杂,清洗不便的问题。针对现有沼气池增温技术存在的问题,本文利用流态化技术,用沼液作流化介质,设计了一种新型多相流沼气池增温系统,并通过数值模拟对系统进行分析。本文以沼气池保温层的经济厚度计算为基础,建立了多相流沼气池增温系统的传热计算模型,结合研究地点（四川省甘孜州康定县）的气候条件,进行了传热计算,并比较了中温发酵（35℃）和高温发酵（55℃）下的系统效益。计算发现该沼气池系统的热损失主要来自进出料的热损失。进出料液的热损失与发酵温度、环境温度和发酵周期密切相关；沼气池体散热量和水箱的散热量受到环境温度和发酵温度的影响,与发酵周期无关；中温发酵比高温发酵的系统效益更好。由于多相流沼气池的复杂性,本文通过文献分析并结合多相流沼气池的特点,在建模和求解设置时,对模拟对象做了大量简化,建立了CFD计算模型并划分网格。在FLUENT中验证了模型网格无关性,对比了带保温层的散热边界与绝热边界下温度场的特征,设...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.2 国内外研究与应用现状
1.2.1 沼气池增温方式的研究现状
1.2.2 流态化技术在厌氧发酵领域的应用
1.2.3 CFD在流化厌氧发酵领域的应用
1.3 本文研究目的及内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
第2章 多相流沼气池增温系统设计研究
2.1 多相流沼气池增温系统设计
2.1.1 多相流沼气池结构
2.1.2 增温系统设计
2.2 传热计算
2.2.1 沼气池保温层设计
2.2.2 传热模型建立
2.2.3 中温发酵与高温发酵对比
2.3 小结
第3章 多相流沼气池传热传质过程的数值模拟方法
3.1 CFD数值模拟技术
3.2 计算前处理
3.2.1 几何建模
3.2.2 网格划分
3.3 模拟过程
3.3.1 求解方法
3.3.2 湍流模型
3.3.3 多相流模型
3.3.5 物性参数及求解条件
3.4 网格无关性的验证
3.5 计算模型验证
3.6 小结
第4章 液-固两相非稳态模拟结果分析
4.1 基尼系数与固相分布均匀度
4.2 流场、浓度场及温度场分布特性
4.2.1 流场模拟结果及分析
4.2.2 固相模拟结果及分析
4.2.3 绝热边界下温度模拟结果及分析
4.2.4 散热边界对温度模拟结果的影响
4.3 流速对增温系统性能的影响
4.3.1 固相分布
4.3.2 温度场分析
4.4 小结
结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]牛粪厌氧发酵过程中的分层流变特性[J]. 李刚,郝炯驹,贺超,王少鹏,苏煌,焦有宙. 农业工程学报. 2015(19)
[2]沼气工程中保温技术研究及经济分析[J]. 李瑞容,陈永生,曲浩丽,王鹏军,吴爱兵,朱德文. 中国沼气. 2015(01)
[3]厌氧发酵池搅拌强度控制及有效性预测研究[J]. 王耀华,朱洪光. 现代农业科技. 2014(23)
[4]不同搅拌方式对浮渣层影响高温厌氧发酵产气率的研究[J]. 王欣,王玉鹏,刘伟,苏小红,徐晓秋. 黑龙江科学. 2014(09)
[5]回流缝宽度对三相分离器分离效果影响的模拟[J]. 郝飞麟,沈明卫,何勇,冯雷. 农业机械学报. 2014(11)
[6]泡沫塑料保温材料的研究进展[J]. 商灿,刘秀生,刘兰轩,丁路遥. 上海塑料. 2013(04)
[7]近壁面处理对湍流数值计算的影响分析[J]. 张涛,朱晓军,彭飞,闵少松. 海军工程大学学报. 2013(06)
[8]厌氧技术——UASB处理工业废水的研究现状及发展趋势[J]. 罗光俊,康媞. 能源与环境. 2013(02)
[9]基于环境基尼系数的洞庭湖区水污染总量分配[J]. 秦迪岚,韦安磊,卢少勇,罗岳平,廖岳华,易敏,宋冰冰. 环境科学研究. 2013(01)
[10]寒区沼气厌氧发酵反应器保温层厚度的研究——基于限定温降值和温降时间[J]. 沙微,刘建禹,陈泽兴,李文涛. 农机化研究. 2013(01)
博士论文
[1]沼气高效厌氧发酵的条件及产气效应研究[D]. 楚莉莉.西北农林科技大学 2011
[2]典型废水厌氧处理反应器流场分析与优化研究[D]. 张冰.哈尔滨工业大学 2009
[3]外循环厌氧反应器处理城镇污水新工艺及数学模型研究[D]. 张选军.同济大学 2007
硕士论文
[1]基于CFD的EGSB反应器流场分析与结构优化[D]. 王华.哈尔滨工业大学 2014
[2]分层储热水箱设计及其对太阳能集热器效率的影响研究[D]. 陈丹丹.兰州理工大学 2014
[3]基于CFD的餐厨垃圾生化处理设备温度场仿真研究[D]. 宋得雨.北方工业大学 2013
[4]基于CFD的UASB反应器的模拟与优化[D]. 胡函伟.中国海洋大学 2013
[5]增强型UASB反应器数值模拟计算研究[D]. 席鸿远.哈尔滨工程大学 2013
[6]EGSB反应器结构对内流场影响的数值模拟研究[D]. 李玉莹.哈尔滨工程大学 2013
[7]沼气发酵罐内搅拌混合过程试验及CFD模拟研究[D]. 王洁.吉林农业大学 2012
[8]膨胀颗粒污泥床（EGSB）内导流流场分析及优化[D]. 宋莹莹.哈尔滨工程大学 2012
[9]CFD对UASB反应器内流态的模拟研究[D]. 全丽君.湖南大学 2012
[10]采用USR-AF工艺对牛粪进行厌氧处理的实验研究[D]. 刘振宇.北京建筑工程学院 2012
本文编号：3203234
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.2 国内外研究与应用现状
1.2.1 沼气池增温方式的研究现状
1.2.2 流态化技术在厌氧发酵领域的应用
1.2.3 CFD在流化厌氧发酵领域的应用
1.3 本文研究目的及内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
第2章 多相流沼气池增温系统设计研究
2.1 多相流沼气池增温系统设计
2.1.1 多相流沼气池结构
2.1.2 增温系统设计
2.2 传热计算
2.2.1 沼气池保温层设计
2.2.2 传热模型建立
2.2.3 中温发酵与高温发酵对比
2.3 小结
第3章 多相流沼气池传热传质过程的数值模拟方法
3.1 CFD数值模拟技术
3.2 计算前处理
3.2.1 几何建模
3.2.2 网格划分
3.3 模拟过程
3.3.1 求解方法
3.3.2 湍流模型
3.3.3 多相流模型
3.3.5 物性参数及求解条件
3.4 网格无关性的验证
3.5 计算模型验证
3.6 小结
第4章 液-固两相非稳态模拟结果分析
4.1 基尼系数与固相分布均匀度
4.2 流场、浓度场及温度场分布特性
4.2.1 流场模拟结果及分析
4.2.2 固相模拟结果及分析
4.2.3 绝热边界下温度模拟结果及分析
4.2.4 散热边界对温度模拟结果的影响
4.3 流速对增温系统性能的影响
4.3.1 固相分布
4.3.2 温度场分析
4.4 小结
结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]牛粪厌氧发酵过程中的分层流变特性[J]. 李刚,郝炯驹,贺超,王少鹏,苏煌,焦有宙. 农业工程学报. 2015(19)
[2]沼气工程中保温技术研究及经济分析[J]. 李瑞容,陈永生,曲浩丽,王鹏军,吴爱兵,朱德文. 中国沼气. 2015(01)
[3]厌氧发酵池搅拌强度控制及有效性预测研究[J]. 王耀华,朱洪光. 现代农业科技. 2014(23)
[4]不同搅拌方式对浮渣层影响高温厌氧发酵产气率的研究[J]. 王欣,王玉鹏,刘伟,苏小红,徐晓秋. 黑龙江科学. 2014(09)
[5]回流缝宽度对三相分离器分离效果影响的模拟[J]. 郝飞麟,沈明卫,何勇,冯雷. 农业机械学报. 2014(11)
[6]泡沫塑料保温材料的研究进展[J]. 商灿,刘秀生,刘兰轩,丁路遥. 上海塑料. 2013(04)
[7]近壁面处理对湍流数值计算的影响分析[J]. 张涛,朱晓军,彭飞,闵少松. 海军工程大学学报. 2013(06)
[8]厌氧技术——UASB处理工业废水的研究现状及发展趋势[J]. 罗光俊,康媞. 能源与环境. 2013(02)
[9]基于环境基尼系数的洞庭湖区水污染总量分配[J]. 秦迪岚,韦安磊,卢少勇,罗岳平,廖岳华,易敏,宋冰冰. 环境科学研究. 2013(01)
[10]寒区沼气厌氧发酵反应器保温层厚度的研究——基于限定温降值和温降时间[J]. 沙微,刘建禹,陈泽兴,李文涛. 农机化研究. 2013(01)
博士论文
[1]沼气高效厌氧发酵的条件及产气效应研究[D]. 楚莉莉.西北农林科技大学 2011
[2]典型废水厌氧处理反应器流场分析与优化研究[D]. 张冰.哈尔滨工业大学 2009
[3]外循环厌氧反应器处理城镇污水新工艺及数学模型研究[D]. 张选军.同济大学 2007
硕士论文
[1]基于CFD的EGSB反应器流场分析与结构优化[D]. 王华.哈尔滨工业大学 2014
[2]分层储热水箱设计及其对太阳能集热器效率的影响研究[D]. 陈丹丹.兰州理工大学 2014
[3]基于CFD的餐厨垃圾生化处理设备温度场仿真研究[D]. 宋得雨.北方工业大学 2013
[4]基于CFD的UASB反应器的模拟与优化[D]. 胡函伟.中国海洋大学 2013
[5]增强型UASB反应器数值模拟计算研究[D]. 席鸿远.哈尔滨工程大学 2013
[6]EGSB反应器结构对内流场影响的数值模拟研究[D]. 李玉莹.哈尔滨工程大学 2013
[7]沼气发酵罐内搅拌混合过程试验及CFD模拟研究[D]. 王洁.吉林农业大学 2012
[8]膨胀颗粒污泥床（EGSB）内导流流场分析及优化[D]. 宋莹莹.哈尔滨工程大学 2012
[9]CFD对UASB反应器内流态的模拟研究[D]. 全丽君.湖南大学 2012
[10]采用USR-AF工艺对牛粪进行厌氧处理的实验研究[D]. 刘振宇.北京建筑工程学院 2012
本文编号：3203234
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3203234.html
