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严寒地区利用太阳能加热制沼气的实验研究

作者：孙静 Publish: 2007-3-13 Hits:-

【中文题名】

严寒地区利用太阳能加热制沼气的实验研究

【英文题名】

Experimental Research of Producing Mechane with Solar Heating in Cold Areas

【学科专业】

供热、供燃气、通风及空调工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-3-13

【中关键词】

沼气,太阳能,土壤温度场,控制容积法,传热系数,

【英关键词】

methane,solar energy,soil temperature field,control volume integration,heat-transfer coefficient,

【分类导航】

工业技术>能源与动力工程>生物能及其利用>>>

【论文摘要】

在严寒地区,由于冬季气温、地温低,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,本文针对这一现象,提出了利用太阳能加热制取沼气的新思路,即利用太阳能集热系统生产的热水通过沼气池底部的换热器来加热料液,使料液升温进行发酵,产生沼气,同时对沼气池保温,减少能耗,提高池温。论文以实验研究为主,通过对实验数据的分析和整个系统的数值模拟,验证了在严寒地区利用太阳能加热制取沼气是可以实现的。在理论方面,详细介绍了太阳辐射、土壤温度场、沼气产生的基本理论知识,同时建立了沼气池周围土壤不稳定传热数学模型,并用控制容积法对数学模型进行了离散。在实验方面,介绍了实验系统的组成和设备的选取准备,并选取实验中夏季和冬季运行比较稳定的两段时间,进行数据分析处理,通过分析可知沼气池周围土壤温度、料液内温度以及换热器加热量的变化情况,同时,还计算出了钢管换热器的传热系数。最后,运用MATLAB编制程序,对沼气池内换热器的加热量、沼气池周围土壤的温度场和系统全年运行情况进行了模拟,分析了换热器的加热量和沼气池周围土壤温度的变化规律,并通过实验值和模拟值的对比,验证了模型的正确性。

【论文题纲】

摘要	4-5
Abstract	5-9
第1章绪论	9-17
1.1 课题背景	9-12
1.1.1 世界能源状况	9-10
1.1.2 太阳能概况	10-11
1.1.3 沼气概况	11-12
1.2 国内外研究现状	12-15
1.2.1 国外的研究现状	12-14
1.2.2 国内的研究现状	14-15
1.3 本课题的主要研究内容及意义	15-17
1.3.1 本课题的主要研究内容	15
1.3.2 本课题研究的意义	15-17
第2章太阳辐射、土壤有关知识及沼气产生的基本理论	17-34
2.1 太阳辐射	17-23
2.1.1 与太阳辐射有关的基本概念	17-20
2.1.2 太阳辐射强度的计算	20-23
2.2 土壤有关参数和土壤温度变化规律	23-25
2.2.1 土壤的热物性	23-25
2.2.2 土壤温度的变化规律	25
2.3 沼气产生的基本原理	25-26
2.4 沼气产生的条件	26-32
2.4.1 厌氧环境	27
2.4.2 沼气发酵原料	27-30
2.4.3 接种物	30-31
2.4.4 温度	31
2.4.5 pH值与碱度	31-32
2.4.6 搅拌	32
2.5 本实验沼气发酵条件	32-33
2.6 本章小结	33-34
第3章太阳能加热制沼气的实验研究	34-53
3.1 实验系统的组成	34-38
3.1.1 太阳能集热系统	34-35
3.1.2 沼气产生系统	35-36
3.1.3 测试仪表的选择及测点布置	36-38
3.2 实验数据处理与分析	38-45
3.2.1 实验分析方法	38-39
3.2.2 系统运行的数据分析	39-45
3.3 沼气的收集、点燃与成分测定	45-49
3.3.1 沼气的收集	45
3.3.2 沼气的点燃	45-46
3.3.3 沼气成分的测定	46-49
3.4 误差分析	49-52
3.4.1 误差综述	49
3.4.2 误差传递公式	49-51
3.4.3 实验误差计算	51-52
3.5 本章小结	52-53
第4章太阳能加热制沼气系统数理模型	53-65
4.1 物理模型	53-54
4.2 数学模型	54-56
4.2.1 集热器模型	54-55
4.2.2 沼气池周围土壤温度场模型	55-56
4.3 初始条件	56-57
4.3.1 土壤初始温度场分布	56
4.3.2 模型的边界条件	56-57
4.4 导热微分方程的离散	57-61
4.4.1 空间区域的离散化方法	57-58
4.4.2 沼气池网格的划分	58
4.4.3 控制方程的离散	58-59
4.4.4 本课题控制方程的离散	59-61
4.5 边界条件的处理	61-64
4.5.1 第二类边界条件的处理	61-62
4.5.2 第三类边界条件的处理	62
4.5.3 绝热边界条件的处理	62-64
4.6 本章小结	64-65
第5章太阳能加热制沼气系统数值模拟	65-74
5.1 系统模拟框图	65-66
5.2 系统模拟的初始条件	66
5.3 模拟结果与实验结果的比较	66-71
5.3.1 换热器加热量的比较	67-68
5.3.2 沼气池周围土壤温度变化的比较	68-71
5.4 系统全年运行工况的模拟	71-73
5.5 本章小结	73-74
结论	74-75
参考文献	75-80
致谢	80

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.133488



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