【摘要】： 隨著人口的激增和工業(yè)的迅速發(fā)展，能源短缺問題日益嚴(yán)重，太陽能是最理想的能源之一。鹽梯度太陽池作為太陽能利用的一種形式，兼有對太陽輻射能的吸收和儲(chǔ)存作用，不僅是當(dāng)今傳統(tǒng)能源的重要補(bǔ)充，更是未來太陽能應(yīng)用的重要形式。 本文以鹽梯度太陽池為研究對象，從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面進(jìn)行分析。各部分主要工作及結(jié)論總結(jié)如下： 建立了表面積2．8×2．3m~2深0．8m的實(shí)驗(yàn)太陽池，結(jié)合室內(nèi)和室外小型實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)太陽池的溫度、鹽度發(fā)展以及濁度分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測定。第一次實(shí)驗(yàn)于2006年8月份開始，在運(yùn)行后第17天達(dá)到最高溫度45．7℃，與同類實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果比較，本實(shí)驗(yàn)太陽池具有較好的升溫效果。鹵水的透光性較差，直接影響太陽池對太陽輻射的吸收。從兩方面研究了鹵水灌注太陽池的濁度變化：一是研究鹵水降濁處理后，鹵水中藻類的再滋生情況；另一方面比較了雨水分別降落到鹵水和鹽水太陽池中后池內(nèi)濁度的變化。實(shí)驗(yàn)表明絮凝降濁對苦鹵中藻類的生長有一定的抑制作用，雨水在鹵水中的沉降速度明顯低于在鹽水中的沉降速度。 為提高太陽池儲(chǔ)熱層溫度，在一系列模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出在太陽池底部添加鍋爐渣的方法。從三個(gè)方面進(jìn)行研究：在模擬的小型太陽池中的一系列實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，底部添加材料的多孔性有利于太陽池儲(chǔ)熱層溫度升高，與鵝卵石等石材相比，鍋爐渣的升溫和保溫作用更好。后來在實(shí)驗(yàn)太陽池內(nèi)的實(shí)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)；采用一維模型模擬大面積太陽池添加鍋爐渣床的溫度發(fā)展，考慮多孔介質(zhì)層的孔隙率和厚度對熱性能的影響，結(jié)果表明孔隙率減小或厚度增加有利于儲(chǔ)熱層溫度增高；最后在實(shí)驗(yàn)太陽池內(nèi)進(jìn)行了為期近一個(gè)月的實(shí)驗(yàn)。 從太陽池提取熱量并加以應(yīng)用是建立太陽池的最終目的。本文利用實(shí)驗(yàn)太陽池加熱淡水，進(jìn)行了短期換熱實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)太陽池底部添加鍋爐渣的基礎(chǔ)上，于2007年8月份進(jìn)行了提熱實(shí)驗(yàn)。對一個(gè)容積為56L的淡水桶中的淡水加熱，連續(xù)兩天的提熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，第一天水桶中的水溫度最高達(dá)到38．4℃。理論方面，對于客觀條件一定的太陽池給出最佳水箱容積的計(jì)算方法。 鹽梯度層是太陽池最重要的組成部分，太陽池的熱性能主要取決于該層的穩(wěn)定性。文章最后主要對梯度層的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。在線性穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值方法，得出梯度層的非線性動(dòng)力穩(wěn)定性的數(shù)值解。分析了太陽輻射吸收和提熱量對于穩(wěn)定性的影響以及二者的綜合影響：當(dāng)梯度層的鹽水比較清澈時(shí)，提熱量的大小對于臨界穩(wěn)定性Ra~c的大小影響較大，而池水比較渾濁時(shí)，提熱量的大小對于穩(wěn)定性的影響較小；鹽梯度層的非線性穩(wěn)定性問題不能夠采用分析的方法求解，根據(jù)變步長四階Runge-Kutta-Merson方法進(jìn)行非線性穩(wěn)定性分析，二維溫度、鹽度和速度場表明線性分析得到的臨界穩(wěn)定性瑞利數(shù)(Ra~c)能夠很好地界定了系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性狀態(tài)。根據(jù)Nusselt數(shù)確定的臨界穩(wěn)定性瑞利數(shù)Ra~N略大于線性穩(wěn)定性分析得到的臨界瑞利數(shù)Ra~c，當(dāng)鹽瑞利數(shù)Rs在10~5和10~6數(shù)量級上，Ra~N與Ra~c的差距僅為1％左右。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TK513
【圖文】：

1.2鹽梯度太陽池.2.1太陽的三層結(jié)構(gòu)鹽梯度太陽池(簡稱太陽池)是一個(gè)鹽度由上而下逐漸增加的鹽水池。如圖1.1所示，太陽池一般由三層組成，表面是溫度和鹽度都較低的上對流層山cz:Up伴r ConveCtiveLayer)，這層的溫度接近于大氣溫度，一般為淡水或者濃度很小的鹽水，uCz層很薄，一般在0.15一0.3m之間;太陽池最底層稱為下對流層 (LCz:LDwer偽nvCCtiveLayer)或者叫做儲(chǔ)熱層，該層溫度和鹽度最高，是接近飽和的濃鹽水，溫度可以達(dá)到70一l000C左右，厚度一般在1一Zm之間;兩個(gè)對流層UCZ和LCZ具有各自均一的鹽濃度，所以這兩層中的溫度也較均一。Ucz和LcZ中間被鹽梯度層，或者叫做非對流層(Ncz:Non一 convectivouyer)分開

厚Zmm的圓形薄木板)逐層灌注鹽梯度層。(3)上對流層厚度0.10m，為澄清的淡水，灌注時(shí)濁度為1.2niu。圖2.3給出灌注中的的太陽池圖片。圖2.3灌注中的太陽池 Fig.2.3Thesolarpondinfilling

太陽池運(yùn)行期間自表面起沿豎直方向?qū)崟r(shí)測定并記錄溫度的變化，測定點(diǎn)沿太陽池中心線布置，深度分別為0.05m，0.15m，0.24m，0.30In，0.35m，0.叨m，0.45m，0.55m，0.75m(自池表面算起的深度)。圖2.4給出太陽池俯視圖及豎直剖面圖。實(shí)驗(yàn)期間測定地表水平面上的總太陽輻射強(qiáng)度。太陽池鹽梯度層作為儲(chǔ)熱層和上表面之間的隔絕層，保持該層穩(wěn)定的鹽梯度對于太陽池的熱性能具有決定性的作用。由于鹽度擴(kuò)散，隨著時(shí)間的推移，鹽梯度層不斷向上下對流層侵蝕。另一方面，池表面長期暴露于空氣中，水的蒸發(fā)損失也很明顯。采用以下方法對太陽池進(jìn)行鹽梯度的保持:定期在太陽池表面補(bǔ)充淡水，周期一般為一周:同時(shí)，在太陽池底層通過補(bǔ)鹽通道補(bǔ)充固體鹽，如圖2.5所示，直徑為16cm的陶瓷筒懸起并固定于側(cè)壁上，作為補(bǔ)鹽通道。殺藻劑和殺蟲劑只可以控制水體自身微生物的滋生

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 高春娟;曹冬梅;張雨山;;太陽池技術(shù)研究進(jìn)展[J];鹽業(yè)與化工;2012年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 史玉鳳;多孔介質(zhì)對太陽池性能影響的研究[D];大連理工大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2797453