在我國寒冷的北方地區(qū),冬季環(huán)境溫度較低,產(chǎn)氣量受溫度的影響較大,產(chǎn)率較低,有時會出現(xiàn)不產(chǎn)氣的情況甚至發(fā)酵罐凍裂。傳統(tǒng)的沼氣池埋在地下,建造麻煩、出料困難、攪拌困難且產(chǎn)氣率也不高,這樣制約了沼氣發(fā)酵的推廣。針對以上問題,本課題主要是從簡單、便利、保溫性能良好的角度結(jié)合利用太陽能增溫保溫措施設(shè)計了一套地上式戶用太陽能沼氣發(fā)酵系統(tǒng)。首先,基于呼浩特氣象條件下,對沼氣發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行了理論設(shè)計。依據(jù)農(nóng)村一家五口人用氣量需求設(shè)計了容積為31.5m的沼氣池,計算了系統(tǒng)在冬季運(yùn)行且發(fā)酵溫度達(dá)30℃時,池體總的熱負(fù)荷及匹配的太陽能集熱器面積、換熱盤管的面積。然后利用數(shù)值模擬的方法對換熱盤管在沼氣池內(nèi)的布置方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,應(yīng)用Fulent軟件模擬了在重力影響下?lián)Q熱器加熱沼氣池的溫度分布特性,研究了三種布置方式的盤管對溫度場的影響,結(jié)果表明分段相間布置且底部加密的盤管要比其他方式加熱速度快且池內(nèi)溫度分布更均勻�；诶碚撛O(shè)計和優(yōu)化的基礎(chǔ)上,建設(shè)了沼氣發(fā)酵系統(tǒng)實驗臺,對分段相間且底部加密布置盤管加熱沼氣池的模擬進(jìn)行了實驗驗證。結(jié)果顯示,二者結(jié)果基本吻合,變化趨勢相仿。固模擬計算值可信。為今后換熱器優(yōu)化提供了一種可靠的數(shù)值模擬方法。最后將發(fā)酵系統(tǒng)裝置置于冬季環(huán)境進(jìn)行試驗研究,通過測試分析實際運(yùn)行過程中系統(tǒng)各部分溫度的變化規(guī)律,得出:恒溫階段,在晴天池內(nèi)溫度基本在2℃范圍內(nèi)波動。符合沼氣發(fā)酵溫度不可波動太大的要求。在連續(xù)兩天的陰天情況下,池內(nèi)溫度雖在不斷下降,但在一天內(nèi)溫度下降也在2℃范圍,對產(chǎn)氣效果不會造成太大影響。因此只要不遇上連續(xù)的陰天天氣或極端惡劣的天氣情況,發(fā)酵池內(nèi)料液溫度不會波動太大,能夠使發(fā)酵溫度穩(wěn)定在一定的范圍。說明發(fā)酵系統(tǒng)的加熱效果、保溫效果良好,有較強(qiáng)的抗環(huán)境干擾力。本系統(tǒng)可以保證沼氣發(fā)酵在冬季正常運(yùn)行,如果想要使系統(tǒng)在更加穩(wěn)定的溫度條件下運(yùn)行,需在惡劣環(huán)境情況下增加保溫措施或增加其他的輔助加熱。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：S216.4;TK519
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 沼氣發(fā)酵技術(shù)概況
        1.2.1 發(fā)酵意義
        1.2.2 發(fā)酵現(xiàn)狀
    1.3 太陽能沼氣池增溫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國外現(xiàn)狀
    1.4 本課題的選題意義及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 選題意義
        1.4.2 課題研究的主要內(nèi)容
第二章 太陽能沼氣發(fā)酵系統(tǒng)理論設(shè)計
    2.1 傳統(tǒng)沼氣池介紹
    2.2 沼氣池系統(tǒng)設(shè)計簡介
    2.3 沼氣池參數(shù)的設(shè)計
        2.3.1 池體積的設(shè)計
        2.3.2.沼氣池體的設(shè)計
    2.4 保溫層設(shè)計
    2.5.沼氣池的熱負(fù)荷計算
        2.5.1 發(fā)酵裝置能量平衡分析
        2.5.2 池體熱損失計算
        2.5.3.進(jìn)出料升溫所需熱量計算
    2.6 太陽能加熱系統(tǒng)的設(shè)計
        2.6.1 與太陽輻射有關(guān)的基本概念
        2.6.2 太陽能集熱面積計算
    2.7 儲熱水箱的設(shè)計
    2.8 換熱器的計算
        2.8.1 換熱器換熱面積的計算
        2.8.2 換熱器的長度計算
    2.9 本章小結(jié)
第三章 沼氣池加熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
    3.1 Fulent軟件簡介
    3.2 模型描述
        3.2.1 物理模型
        3.2.2 數(shù)學(xué)模型
    3.3 模型建立
        3.3.1 模型網(wǎng)格的劃分
        3.3.2 湍流模型的選擇
        3.3.3 自然對流模型
    3.4 邊界條件的設(shè)置
    3.5 仿真結(jié)果分析及處理
        3.5.1.熱量平衡的驗證
        3.5.2 盤管截面溫度分布
        3.5.3 沼氣池截面溫度分布
        3.5.4 沼氣池截面速度分布
    3.6 本章小結(jié)
第四章 沼氣發(fā)酵系統(tǒng)實驗臺建設(shè)與試驗研究
    4.1 總體設(shè)計
        4.1.1 設(shè)計原則
        4.1.2 總體方案
    4.2 主要工作部件的設(shè)計
        4.2.1 沼氣池主體
        4.2.2 換熱系統(tǒng)
        4.2.3 攪拌系統(tǒng)
        4.2.4 太陽能集熱系統(tǒng)及光伏系統(tǒng)
    4.3 發(fā)酵系統(tǒng)實驗測試
        4.3.1.實驗儀器
        4.3.2 沼氣池溫度傳感器的布置
    4.4 測試方案
    4.5 實驗測試中遇到的問題
    4.6 本章小結(jié)
第五章 測試結(jié)果與分析
    5.1 模擬結(jié)果驗證分析
        5.1.1 模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比
        5.1.2 溫度場的分布
    5.2 發(fā)酵系統(tǒng)各部分溫度測試分析
        5.2.1 環(huán)境溫度分析
        5.2.2 啟動階段料液溫度分析
        5.2.3 恒溫階段料液溫度分析
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

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本文編號：2883888