太阳能联合沼气锅炉加热沼气池模拟研究

发布时间：2020-08-03 16:00

【摘要】： 在严寒地区,由于冬季气温,沼气的生产存在产气率低、使用率低等问题,甚至会出现冻裂沼气池的现象。本文针对这一问题,提出利用太阳能联合沼气锅炉加热系统,加热沼气池以提高池温。太阳能联合沼气锅炉加热系统制取的热水通过沼气池底部及周边的地热管来加热料液,结合温控系统,保持池体内部温度在最佳发酵温度:冬季保持在35℃,夏季保持在55℃。论文以模拟分析计算为主,对联合加热系统在全年不同气象条件下进行计算模拟,验证系统在严寒地区是可行的。在理论方面,详细介绍了太阳辐射、土壤温度场、温度对沼气产气率的影响、太阳能集热器等基本理论知识,同时建立了沼气池周围土壤传热数学模型,确定模型边界条件。在分析计算方面,对系统进行设计分析,优化计算池体容积、太阳能集热器面积;在全年不同的气象条件下,确定系统运行工况。在模拟方面,利用FLUENT软件对沼气及周边土壤温度场进行模拟,根据模拟结果确定池体散热量;并对池体内部、保温层及周边土壤的温度场进行分析,据此对系统进行优化分析设计。最后选取最冷月做为计算月,详细计算太阳能辐射量、集热器集热量、池体散热负荷,确定系统在全年不同月份的太阳能保证率,并对系统的可靠性进行分析,进一步验证了联合加热系统在严寒地区是可行的。本文提出的系统对北方严寒地区设计修建大中型沼气池有一定的参考价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S216.4
【图文】：

沼气池,物理模型

第4章沼气池及周边土壤数理模型建立4.1 物理模型的建立图4-1 沼气池的物理模型Figure 4-1 Physics model of digester fermenting模型中 A 面定义为土壤上表面，B 面定义为土壤周边，C 面定义为土壤下表面，D 面定义为沼气池上表面。太阳能加热制沼气系统是由太阳能联合沼气锅炉加热系统和沼气产生系统两个系统组成，对整个系统建立准确的数理模型比较困难。为了便于计算和模拟分析作出以下假设：(1)在太阳能集热系统中，将所有太阳能集热器作为整体进行计算；(2)载热流体的热物性不随温度变化，假定为常值；(3)按稳态传热计算，忽略一天之内室外温度变化对土壤温度场影响；(4)忽略沼气池内发酵料液发酵时产生的反应热；(5)忽略沼气池上层的储气空间

示意图,网格划分,示意图,池体

池体周边加热层及池体内部，不同区域需选择不同的网格间距进行划分。见图 4-2。图4-2 研究区域网格划分示意图Figure 4-2 Schematic diagram of net partition in study area4.5 利用 FLUENT 软件的求解方法Fluent 是目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的 CFD 软件之一。Fluent 软件的后处理模块具有三维显示功能，展现各种流动特性，可以用动画功能演示非定常过程，可以使模拟结果非常直观。在使用 FLUENT 前，应针对所要求解的物理问题，制订比较详细的求解方案，应先考虑几个主要因素，包括决定 CFD 模型目标、选择物理模型和计算模型、决定求解过程。然后根据以下步骤进行求解计算：(1)创建几何模型和网格模型（在 GAMBIT 前处理软件中完成）；(2)启动 FLUENT 求解器；(3)导入网格模型；(4)检查网格模型是否存在问题；

温度场分布,纵剖面,温度场分布,池体

图 5-2 池体内部纵剖面温度场分布图Figure 5-2 Section contour of temperature distribution in the plan of pool of biogas

【引证文献】