严寒地区利用太阳能加热制沼气的模拟研究

在严寒地区,由于冬季气温、地温低,沼气的生产存在产气率低、使用率低等问题,甚至会出现冻裂沼气池的现象,本文针对这一现象,提出了利用太阳能加热制取沼气的思路,即利用太阳能集热系统生产的热水通过沼气池底部的换热器来加热料液,使料液升温进行发酵,产生沼气,同时对沼气池保温,减少能耗,提高池温。论文以模拟研究为主,通过一些数据的计算确定,验证了在严寒地区利用太阳能加热制取沼气是可以实现的。 在理论方面,详细介绍了太阳辐射、土壤温度场、温室大棚、沼气产生的基本理论知识,同时建立了沼气池周围土壤不稳定传热数学模型,并用FLUENT进行模拟计算,与一维传热影响下的情况作出比较,最后得出沼气池侧壁及底面土壤温度的变化规律。 在模拟准备方面,通过前期的调研工作,了解沼气池设计与施工的一些相关知识。经过对比分析建立了与温室大棚相结合实验系统模型。根据理论知识计算得出沼气池壁面保温层厚度、哈尔滨地区太阳能辐射强度和逐时室外温度。建立模拟分析方法,利用换热器加热量的变化来验证系统模拟的正确性。 最后,运用MATLAB编制程序,对沼气池内换热器的加热量、沼气池周围土壤的温度场冬季和夏季的典型日进行相关模拟,验证了模型的正确性。最后对系统全年运行情况进行了模拟,分析了换热器的加热量和沼气池周围土壤温度的变化规律,并通过对有无温室大棚下沼气池的对比,得出结论。