【摘要】：厭氧發(fā)酵反應(yīng)器是沼氣發(fā)酵工程的重要裝置,由于其內(nèi)部反應(yīng)十分復(fù)雜,因此,發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)的局部流動(dòng)和傳熱過(guò)程的研究一直是一個(gè)頗具研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題。其傳熱能耗直接影響到沼氣工程的節(jié)能效果以及能否實(shí)現(xiàn)正能輸出。降低反應(yīng)器的能耗是沼氣工程在北方寒冷地區(qū)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。掌握反應(yīng)器的溫度分布,有助于控制厭氧發(fā)酵過(guò)程的工藝優(yōu)化,對(duì)反應(yīng)器的溫度控制起著至關(guān)重要的作用。本文利用FLUENT軟件對(duì)發(fā)酵料液內(nèi)的速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,運(yùn)用傳熱學(xué)的基本原理,對(duì)反應(yīng)器的熱工特性進(jìn)行了分析。從經(jīng)濟(jì)性方面考慮,若反應(yīng)器體積過(guò)大,反應(yīng)器的經(jīng)濟(jì)性差,若體積過(guò)小,又滿足不了發(fā)酵反應(yīng)條件。因此,本文又求解了反應(yīng)器傳熱表面積最小時(shí)的結(jié)構(gòu)尺寸,并對(duì)反應(yīng)器的能耗及保溫效果進(jìn)行了計(jì)算分析,同時(shí)對(duì)沼氣工程全年產(chǎn)能及能耗進(jìn)行了預(yù)測(cè)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:(1)運(yùn)用GAMBIT建立發(fā)酵反應(yīng)器的計(jì)算求解模型,設(shè)定合適的初始條件和邊界條件采用有限容積法對(duì)方程進(jìn)行離散處理,對(duì)模型體劃分成均勻交錯(cuò)網(wǎng)格,對(duì)離散方程進(jìn)行迭代求解。運(yùn)用FLUENT軟件,對(duì)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中發(fā)酵料液的速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,對(duì)所得的不同時(shí)間的流動(dòng)及溫度分布的情況進(jìn)行分析,得出可以忽略自然對(duì)流換熱,直接按照導(dǎo)熱計(jì)算。(2)對(duì)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行了熱平衡分析,建立了相應(yīng)的傳熱模型。(3)對(duì)比分析了一定體積下,表面積最小的幾種反應(yīng)器,得出平頂反應(yīng)器為最佳選擇。(4)分別計(jì)算出反應(yīng)器圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的散熱量和總散熱量,分析各項(xiàng)所占比例,得出側(cè)壁面占比例較大,水分蒸發(fā)損失和顯熱損失可以忽略。(5)為了有利于反應(yīng)器的保溫、提高產(chǎn)氣率以及降低投資費(fèi)用等,求取了它的最佳保溫層厚度,保證發(fā)酵料液最佳產(chǎn)氣溫度的基礎(chǔ)上,當(dāng)保溫層厚度超過(guò)150mm時(shí),散熱量減小得不明顯,因此選取厚度為150mm的保溫層最為合適。(6)對(duì)沼氣工程全年各月份的能耗進(jìn)行分析,得到每個(gè)月份的正能輸出量。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S216.4

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