面向温差发电的森林土壤热传递规律研究

发布时间：2020-10-26 02:38

　　 森林土壤温差发电系统利用土壤地热能进行发电,在未来拥有广泛的应用前景。当前,土壤温差发电系统的热电转换效率较低,所以需要获取森林土壤在深度方向上的温度梯度,对温差发电系统进行优化。本文以森林土壤的热传递为研究对象,通过对土壤传热性质的研究,建立了用以研究土壤传热的材料模型,根据此材料模型建立了土壤稳态和非稳态传热模型,并通过土壤热源分布实验对本文的土壤传热模型进行了验证。对森林土壤的热物性影响因素进行讨论,采用Hot Disk热常数分析仪测量了不同含水率、不同密度的土壤热物性,并确定了土壤热物性拟合公式;并结合土壤三相特性提出了计算土壤传热性质的重构模型,根据土壤热物性测试结果对本文的土壤重构模型预测结果进行验证,预测值与测量值之间的平均偏差为3.05%,证明了此模型的可行性。根据土壤热物性拟合结果和土壤重构模型分别建立了用以研究土壤传热的材料模型,将两种不同的材料模型作为边界条件,利用传热学理论,建立了土壤一维传热的稳态和非稳态数理模型,结合上述边界条件,对稳态和非稳态传热微分方程进行求解。通过室内外森林土壤热源分布实验,获取土壤在一天、一年内不同深度下的温度数据变化,利用实验数据对本文的土壤传热模型进行验证:一维稳态传热数理模型预测值与测量值之间的平均误差为3.92%;一维非稳态传热数理模型预测值与测量值之间的平均误差为4.21%%。结合前人研究的实验数据,本文的土壤传热模型预测值与测量值之间的平均偏差为12.16%,证明本文的土壤传热模型的可行性。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S714
【部分图文】：

式一直是研宂者们考虑的关键问题（Ｇｉｌｂｅｒｔ?Ｍｅｔａｌ，?２池供电，太阳能供电和风能供电等几种为无线传感器电存在着更换困难和及时性难以保证的问题，而且线路容易受到损坏。在森林环境中，由于受到森林郁的作用，光强的作用比较微弱，而且森林内近地表的致太阳能和风能供电的方式不能在森林中广泛应区材的原位供电方式成为无线传感器供电的必然选线传感器的电源研宂热点主要集中在声波能、电磁波热能被认为是未来最具发展潜力的绿色能源之一。对的作用下，大量的天然热能储存在土壤中，七壤就是冬天的自然林中，森林十壤的地表与２ｍ以下的土壤ｅｔａｌ，２０１５）。基于塞贝克效应，温度差可以产生电能的温差进行发电进行了相关的设备开发和设计（Ｓｔｅｖｅ为林中无线传感器供给稳定微电源。??

＾ｐｃ??扩散系数，ｍ２／ｓ；?乂一物体的导热系数，Ｗ／（ｎｖＫ）；?物体的密度比热容，Ｊ／（Ｋｇ，Ｋ）。??林土壤的热物理特性，目前国内已经有了一定的研宄。国内常用的方法可以概括为以下几种：??土壤热响应实验测量土壤的热物性??响应实验的原理如图１－２所示，流体在加热器中连续加热后，进行换热，由于流体与土壤之间存在温度差，故载热流体与地下递，从而导致流经地埋管中的流体温度发生变化，通过测量流，结合数据分析，可以得到土壤的热物性（宋欣阳，２００９；隋晓凤?

图１－５本文的研究流程图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??．５．本章小结??本章中，主要介绍了本研究的背景和意义，对国内外土壤传热性质和传热模型宄现状进行了介绍，总结了前人研宄的成果和不足，将温差发电中的森林土壤热问题作为本研宄要解决的关键问题，提出了本文的研宄内容，绘制了研宄过车个技术流程图。??９??
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本文编号：2856364