寒区户用沼气池联合太阳能增温系统研究

【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。 【关键词】：沼气池 太阳能集热器 高寒地区 保温
【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】：2008
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 沼气研究与利用状况9-12
• 1.2.1 国外沼气研究及利用现状9-11
• 1.2.2 国内沼气研究及利用现状11-12
• 1.3 沼气池联合外热源增温系统研究现状12-13
• 1.4 本课题的主要研究意义及内容13-15
• 1.4.1 本课题研究的主要意义13-14
• 1.4.2 本课题的主要研究内容14-15
• 第2章 沼气发酵及集热器太阳辐照分析15-30
• 2.1 沼气发酵基本原理15-18
• 2.1.1 沼气发酵条件15-17
• 2.1.2 沼气发酵原料配比17-18
• 2.2 沼气发酵工艺18-20
• 2.2.1 沼气发酵工艺流程18
• 2.2.2 沼气发酵工序18-20
• 2.3 太阳位置确定20-23
• 2.3.1 太阳位置20-22
• 2.3.2 日照时间22-23
• 2.4 太阳辐射23-25
• 2.4.1 太阳直射辐射23-24
• 2.4.2 散射辐射24-25
• 2.4.3 地面反射辐射25
• 2.4.4 总辐射计算25
• 2.5 太阳集热器25-29
• 2.5.1 太阳能集热器性能分析25-28
• 2.5.2 太阳能集热器安装位置28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 沼气池联合太阳能增温系统30-61
• 3.1 沼气池联合太阳能增温系统设计30-32
• 3.1.1 系统原理图30-31
• 3.1.2 系统运行方案31-32
• 3.2 沼气池设计计算32-54
• 3.2.1 池型参数计算32-38
• 3.2.2 沼气池热负荷计算38-50
• 3.2.3 沼气池保温设计50-54
• 3.3 沼气池内加热器设计计算54-56
• 3.3.1 换热盘管长度确定54
• 3.3.2 换热盘管传热系数54-56
• 3.4 太阳能集热器设计计算56-59
• 3.4.1 集热器采光面上太阳辐照量56-57
• 3.4.2 太阳能集热器面积计算57-59
• 3.5 小型沼气锅炉加热沼气池设计59-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第4章 太阳能沼气池联合系统实验研究61-77
• 4.1 太阳能沼气实验系统62-63
• 4.2 实验方案63-66
• 4.2.1 测量仪表63
• 4.2.2 实验方法63-64
• 4.2.3 实验原理64-66
• 4.3 实验数据分析66-76
• 4.3.1 温度状况分析66-71
• 4.3.2 系统换热量计算71-73
• 4.3.3 沼气锅炉联合沼气池系统换热计算73-74
• 4.3.4 实验误差计算74-75
• 4.3.5 设计计算值与实验结果比较75-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第5章 沼气池联合太阳能系统模拟研究77-90
• 5.1 太阳能集热器有效集热量模拟分析77-80
• 5.1.1 建立集热器数学模型77-78
• 5.1.2 模拟结果与实验对比分析78-80
• 5.2 沼气池内加热盘管换热量模拟分析80-83
• 5.2.1 加热盘管数学模型81-82
• 5.2.2 模拟结果与实验对比分析82-83
• 5.3 沼气池温度场模拟分析83-88
• 5.3.1 模型及边界条件84-85
• 5.3.2 模拟结果分析85-88
• 5.4 加热方式对产气率和系统节能的影响分析88-89
• 5.5 本章小结89-90
• 结论90-91
• 参考文献91-95
• 附录95-99
• 攻读学位期间的研究成果99-101
• 致谢101

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