發(fā)布時間：2020-08-29 10:55

　　 隨著生物質(zhì)能的開發(fā)與利用,沼氣工程也越來越被重視,對沼氣工程進(jìn)行能耗分析,可以更合理的利用能源,解決沼氣工程能耗高的問題。其中厭氧發(fā)酵過程是沼氣工程的重要環(huán)節(jié),在厭氧發(fā)酵過程中,對沼氣生產(chǎn)影響最大的因素是對料液溫度的控制。所以本研究基于這一問題,在分析發(fā)酵裝置內(nèi)部傳熱問題時采用流體仿真軟件Fluent對沼氣發(fā)酵裝置進(jìn)行數(shù)值模擬,為簡化計算,本研究將TS為8%的沼液看作均勻流體,將發(fā)酵裝置內(nèi)部簡化為氣、液兩相,沼氣發(fā)酵裝置加熱方式簡化為上、下絕熱,側(cè)壁等溫加熱,并采用試驗與數(shù)值模擬結(jié)合的方式對沼氣發(fā)酵裝置內(nèi)溫度場進(jìn)行研究對比。試驗通過測定加熱過程中不同高度層的溫度數(shù)據(jù),分析加熱過程中溫度的傳遞情況進(jìn)而得到發(fā)酵裝置溫度分布場;通過應(yīng)用Fluent數(shù)值模擬軟件選用k~?湍流模型對料液的湍流特性進(jìn)行闡述,選用雙歐拉模型中的Mixture模型描述發(fā)酵中多相流,選用SIMPLEC的解算方式求解離散方程,對靜態(tài)發(fā)酵過程中溫度場與速度流場進(jìn)行模擬,將得到的結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,確定沼氣發(fā)酵裝在靜態(tài)發(fā)酵過程中內(nèi)部實際的傳熱情況;在此基礎(chǔ)上,運用能耗分析軟件對出沼氣工程中發(fā)酵裝置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與料液加熱過程進(jìn)行能耗預(yù)測,探究沼氣工程中節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)在前人對沼氣發(fā)酵模擬的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵模型,針對發(fā)酵過程中的靜態(tài)發(fā)酵過程進(jìn)行數(shù)值模擬,其溫度場結(jié)果顯示,在沼氣發(fā)酵過程中,邊緣高中間低,同一截面溫差不超過2K,整個發(fā)酵罐內(nèi)溫差在3K左右;速度場結(jié)果顯示,發(fā)酵罐內(nèi)料液流動速度最大值為0.003m/s,速度梯度非常小;(2)搭建同比例的發(fā)酵裝置,以哈爾濱某養(yǎng)牛場的牛糞為發(fā)酵原料,對其進(jìn)行溫度檢測,分析得到試驗溫度監(jiān)測結(jié)果與模擬溫度分布結(jié)果具有一致性,對比試驗監(jiān)測點溫度差異情況結(jié)果表明在0.005的顯著水平下沒有顯著性差異,說明Fluent軟件在模擬沼氣發(fā)酵過程具有可行性,確定了在靜態(tài)發(fā)酵過程中,發(fā)酵裝置內(nèi)溫差很小,流動速度十分緩慢;(3)以模擬結(jié)果為依據(jù)對沼氣工程中料液升溫過程與厭氧發(fā)酵裝置圍護(hù)結(jié)構(gòu)建立傳熱模型,針對北方嚴(yán)寒地區(qū)某一沼氣發(fā)酵工程,用能耗模擬分析軟件對其進(jìn)行模擬能耗分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)料液升溫?zé)釗p失遠(yuǎn)大于發(fā)酵裝置圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失,占整個沼氣工程能耗的百分之八十以上,說明控制料液升溫過程是沼氣工程節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
【學(xué)位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S216.4
【部分圖文】：

研究的技術(shù)路線

圖 3-1 厭氧發(fā)酵罐 圖 3-2 監(jiān)測點分布圖Fig.3-1 Anaerobic fermentor Fig.3-2 Distribution of monitoring points

圖 3-1 厭氧發(fā)酵罐 圖 3-2 監(jiān)測點分布圖Fig.3-1 Anaerobic fermentor Fig.3-2 Distribution of monitoring points

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本文編號：2808458