寒区户用沼气池联合太阳能增温系统研究

论文摘要

在高寒地区受气候条件的限制,农村靠自然温度发酵的沼气池在冬季不仅产气率低,甚至会冻裂沼气池,无法保证沼气池常年连续运行。本文研究利用太阳能给沼气池加热,提高沼气池发酵温度,在连续阴雪天气,利用沼气炉维持沼气池在10℃以上正常发酵温度,保证沼气池全年连续高效产气本文对户用沼气池联合太阳能增温系统进行了设计计算:计算了8m3沼气池在不同设计温度时的各种热负荷、设计沼气池保温方式、计算所需保温层厚度;计算太阳能集热器上的太阳辐照度及所需集热器面积以及沼气锅炉的加热量等。在哈尔滨呼兰县对青镇曲家屯搭建实验系统:建造混凝土沼气池和玻璃钢沼气池,并给沼气池配套了太阳能加热系统,使用了平板集热器和真空管集热器。在哈尔滨地区最冷的12月和1月,进行了跟踪实验。根据实验结果,验证系统设计的正确性。最后,用MATLAB和FLUENT对沼气池联合太阳能系统进行模拟研究,分析集热器在一天中的有效集热量、加热器的加热量、沼气池对周围土壤温度场的影响以及加热方式对产气率和系统能耗的影响。给户用沼气池配套一个太阳能加热系统,系统简单灵活易于实现。本文对我国高寒地区推广户用沼气池具有一定的参考价值,而且对提高南方自然温度发酵的沼气池产气率也具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 沼气研究与利用状况
• 1.2.1 国外沼气研究及利用现状
• 1.2.2 国内沼气研究及利用现状
• 1.3 沼气池联合外热源增温系统研究现状
• 1.4 本课题的主要研究意义及内容
• 1.4.1 本课题研究的主要意义
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 第2章 沼气发酵及集热器太阳辐照分析
• 2.1 沼气发酵基本原理
• 2.1.1 沼气发酵条件
• 2.1.2 沼气发酵原料配比
• 2.2 沼气发酵工艺
• 2.2.1 沼气发酵工艺流程
• 2.2.2 沼气发酵工序
• 2.3 太阳位置确定
• 2.3.1 太阳位置
• 2.3.2 日照时间
• 2.4 太阳辐射
• 2.4.1 太阳直射辐射
• 2.4.2 散射辐射
• 2.4.3 地面反射辐射
• 2.4.4 总辐射计算
• 2.5 太阳集热器
• 2.5.1 太阳能集热器性能分析
• 2.5.2 太阳能集热器安装位置
• 2.6 本章小结
• 第3章 沼气池联合太阳能增温系统
• 3.1 沼气池联合太阳能增温系统设计
• 3.1.1 系统原理图
• 3.1.2 系统运行方案
• 3.2 沼气池设计计算
• 3.2.1 池型参数计算
• 3.2.2 沼气池热负荷计算
• 3.2.3 沼气池保温设计
• 3.3 沼气池内加热器设计计算
• 3.3.1 换热盘管长度确定
• 3.3.2 换热盘管传热系数
• 3.4 太阳能集热器设计计算
• 3.4.1 集热器采光面上太阳辐照量
• 3.4.2 太阳能集热器面积计算
• 3.5 小型沼气锅炉加热沼气池设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 太阳能沼气池联合系统实验研究
• 4.1 太阳能沼气实验系统
• 4.2 实验方案
• 4.2.1 测量仪表
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验原理
• 4.3 实验数据分析
• 4.3.1 温度状况分析
• 4.3.2 系统换热量计算
• 4.3.3 沼气锅炉联合沼气池系统换热计算
• 4.3.4 实验误差计算
• 4.3.5 设计计算值与实验结果比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 沼气池联合太阳能系统模拟研究
• 5.1 太阳能集热器有效集热量模拟分析
• 5.1.1 建立集热器数学模型
• 5.1.2 模拟结果与实验对比分析
• 5.2 沼气池内加热盘管换热量模拟分析
• 5.2.1 加热盘管数学模型
• 5.2.2 模拟结果与实验对比分析
• 5.3 沼气池温度场模拟分析
• 5.3.1 模型及边界条件
• 5.3.2 模拟结果分析
• 5.4 加热方式对产气率和系统节能的影响分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢