太阳池辐射透射及热盐双扩散特性的实验和数值模拟研究

论文摘要

在能源短缺的今天,可再生能源的开发、利用已成为我国乃至全球的战略性措施。太阳能作为一种清洁而又持久的新能源,越来越受到人们的青睐。太阳池是一种收集和储存太阳能并作为热源用的盐水池,目前,太阳池的研究也是国际国内的热点课题之一。 论文主要包括以下几部分研究内容,一是进行太阳池辐射透射模型的研究,二是进行卤水太阳池的实验研究,三是关于太阳池热盐双扩散的研究,三者的研究都具有重要的意义。 辐射透射模型通常用辐射透射率来表示,太阳辐射在水中的透射率(进入水中的太阳辐射能经水体吸收后在某一深度处的剩余量与到达水面的太阳辐射能的比值)是影响太阳池热性能的重要因素。辐射透射率越高,太阳池的热性能才会越好。本文以不同水质作为研究对象,详细测试了不同浊度下的辐射透射率,测试结果同W.S.模型作了比较,证明了W.S.模型在低浊度并且没有池底反射时的适用性。对W.S.模型适用范围外的浊度与辐射透射率进行了测试,通过回归分析,得出较大浊度水质的辐射透射率模型,拓宽了W.S.模型的适用范围。由于W.S.模型以及本文的大浊度辐射透射模型是在没有池底反射的实验条件下经测试回归得出的,所以引入反射理论,总结出既考虑池底反射又考虑浊度的辐射透射模型,称之为改进的辐射透射模型。基于改进的辐射透射模型,通过数值模拟的手段,分析了水浊度和池底反射率对太阳池热性能的综合影响,同时较为全面地分析了太阳池非对流层最佳厚度以及稳态热效率的相关影响因素,为太阳池高效率运行提供了有意义的指导。 建造了面积为80m~2的卤水太阳池,以制盐的废弃液“老卤”灌注太阳池底层,以不同比率的卤水和海水逐层灌注太阳池的中部,用淡水冲洗水面,进行了太阳池蓄热的实验,测量了太阳池的密度、温度和浊度的分布。对卤水太阳池特有的问题,如浊度的特性、老卤的澄清化处理和卤虫的杀灭进行了实验,提出了卤水太阳池的灌注方式和维护措施。分析了卤水太阳池的可行性和经济性,研究表明卤水太阳池是一种成本低、用途广泛的太阳能集热和蓄热装置。 太阳池是一个典型的双扩散系统,由浓度梯度造成的正密度梯度有利于太阳池的稳定运行,而由温度梯度造成的负密度梯度却有害于其稳定运行。早期的太阳池热性能预测模型的应用大多是以太阳池的稳定为前提的,要求有准确的交界面位置,没有从本质上考虑热盐双扩散对太阳池性能的影响。针对这方面的不足,引出描述太阳池双扩散行为的湍流卷吸模型。该数值模型包含了水分蒸发、浊度和外界风流对太阳池双扩散系统的影响,是比较全面的。通过在实验和理论方面的分析,指出双扩散卷吸湍流模型优点

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 太阳池及其起源简介
• 1.2 国内研究概况
• 1.3 国外研究概述
• 1.3.1 关于太阳池辐射透射模型方面的研究
• 1.3.2 简单的静态太阳池模型
• 1.3.3 考虑热盐双扩散的动态池模型研究
• 1.4 关于太阳池的实验和应用概述
• 1.5 论文研究内容及其意义
• 2 辐射透射率以及卤水太阳池的实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 太阳池对太阳辐射能的吸收
• 2.2.1 太阳辐射能的近似表达式
• 2.2.2 太阳辐射能透射率的概念及其现有的典型模型
• 2.3 辐射透射率的试验研究
• 2.3.1 浊度的概念及测量
• 2.3.2 太阳辐射透射率的测量
• 2.3.3 试验结果及其分析
• 2.4 制盐剩余的卤水的特点
• 2.5 卤水的降浊处理
• 2.6 浊度与盐度扩散的实验
• 2.7 不同水浊度分布的太阳池的贮热特性
• 2.8 卤水太阳池的建池
• 2.9 太阳池的维护
• 2.9.1 盐梯度的控制
• 2.9.2 运行中出现的水内生物的杀灭
• 2.9.3 风雨的控制
• 2.10 太阳池温度和盐度的测量
• 2.11 卤水太阳池的经济性分析
• 2.11.1 与一般太阳池的比较
• 2.11.2 供热的经济性
• 2.11.3 应用前景
• 2.12 本章结论
• 3 太阳池辐射透射模型以及稳态热效率的研究
• 3.1 引言
• 3.2 改进的太阳辐射透射模型
• 3.3 池底反射和水浊度对太阳池热性能的综合影响
• 3.3.1 稳定状态下太阳池热效率模型
• 3.3.2 模拟计算与讨论
• 3.4 太阳池非对流层最佳厚度以及最大效率的影响因素研究
• 3.5 算例
• 3.6 本章结论
• 4 太阳池热盐双扩散湍流卷吸模型
• 4.1 引言
• 4.2 双扩散数值模型
• 4.3 风流驱动的湍流卷吸模型
• 4.4 热稳定性模型
• 4.5 水分蒸发模型
• 4.6 数值模型中上下对流层质量和厚度的解法
• 4.7 模拟结果与讨论
• 4.8 模拟结果与实验数据的比较
• 4.9 本章结论
• 5 太阳池热盐双扩散的κ-ε湍流模型
• 5.1 引言
• 5.2 κ-ε双扩散湍流模型
• 5.3 模型的简化
• 5.4 模型的检验、分析与讨论
• 5.4.1 实验简介
• 5.4.2 边界条件设置和数值方法
• 5.4.3 数值模型与实验的对比、分析与讨论
• 5.5 太阳池双扩散行为的预测
• 5.5.1 考虑soret效应的必要性论证
• 5.5.2 用来描述实际太阳池的κ-ε双扩散对流模型
• 5.5.3 对应的边界条件设置
• 5.5.4 模拟值与实验数据的比较
• 5.5.5 太阳池双扩散行为的预测与分析
• 5.6 本章结论
• 6 结论
• 创新点摘要
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书