温室应急补温风能搅拌致热装置的研究

发布时间：2020-05-07 09:29

【摘要】：近年来我国设施农业产业发展迅猛,温室面积逐年增加,不仅带来了丰富的绿色蔬菜,提高了农民的收入,而且对我国农业产业结构调整、现代化农业建设具有明显的推进作用。我国日光温室主要集中在北温带、暖温带地区,为满足植物正常越冬生长需要为温室加温。目前温室主动加温方式主要有燃烧化石能源的热风炉、热水炉加温和电热加温,不仅面临着环境污染、能源枯竭的双重压力,而且造成温室生产成本过高的问题。因此,利用风能、太阳能、地热能等清洁可再生能源为温室主动加温有利于设施农业向现代化方向发展。本文提出一种利用风能搅拌致热装置为温室加温的供暖系统,搭建了一套模拟风能搅拌致热装置试验平台,探究搅拌致热装置搅拌转子层数及分布位置与工质液位高度因素对致热效率的影响,主要研究工作和结论如下:(1)对搅拌致热工作原理和影响致热功率的因素详细分析。结果表明:致热器内部液体工质做完全湍流运动,呈双循环流态;致热功率与搅拌工质密度、搅拌转速的三次方、搅拌转子直径的五次方成正比关系,除此之外还与搅拌转子的叶宽、叶片个数有关,与搅拌桶的形状、直径有关,与阻流板的宽度、个数有关,这些因素对致热功率的影响比较明确。但是搅拌转子的层数及分布位置、液体工质的液位高度对致热功率的影响并未开展研究,是本文研究的重点。(2)采用FLUENT软件对各工况进行稳态模拟研究,针对求解计算结果中各工况的速度云图、速度矢量图、湍流强度图展开分析。结果表明:工质湍流运动剧烈程度与转速正相关;工质流态完全符合双循环流态;工质流动速度和湍流强度越靠进搅拌转子叶片周围均表现出明显增大增强的趋势;工质液位高度越高,空气腔越小。(3)设计并搭建了一套额定功率为2 kW的模拟风能搅拌试验平台,针对搅拌转子的层数及其分布位置和工质液位高度因素展开试验研究。结果表明:搅拌转子层数及其分布位置及工质液位高度都是影响致热功率及致热性能的重要因素。合理布置双层搅拌转子相比单层搅拌转子,致热功率及致热性能均有显著提升,取400 r/min条件,致热功率提高了367 W,提升了34.56%,搅拌70 min温升幅度提高了9.3℃,致热速率加快了432.45 J/s,提升了48.52%。工质液位高度在409 mm时效果最佳,相比于液位高度在290 mm时,致热功率提高了570 W,提升了69.94%,搅拌70 min温升幅度提高了6.5℃,致热速率加快了302.25 J/s,提升了41.23%,生成的总热量增加了2495.151 J,提升了81.03%。同时,工质液位高度也是影响搅拌致热效率的重要因素,液位高度426 mm相比于工质液位高度290 mm致热效率增加了7.1231%,致热效率最高可达到95.8413%。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S625.3

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