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海水养殖池内的传热传质机理研究

焦文静  
【摘要】:海水养殖是利用浅海、滩涂、港湾、围塘等海域进行饲养和繁殖海产经济动植物的生产方式,是人类定向利用海洋生物资源、发展海洋水产业的重要途径之一。中国的海水养殖业近三十年里得到了快速发展,已成为世界上海水养殖发达的国家,约占世界海水养殖总产量的。相关数据表明能源成本占工厂化海水养殖总成本的比例最高,已成为制约我国工厂化海水养殖业发展的重要因素。随着节能政策的深入贯彻,对海水养殖池的流动以及传热传质机理的研究,对降低能源成本具有重要的理论和实际意义。 海水养殖池内的流动与传热传质机理是一个非常复杂的问题。本文通过实验研究了供水温度、空气温度、相对湿度以及池内海水盐度对传热的影响,进行了热平衡分析试验。采用染色法对池内水流动进行了可视化,同时还对养殖池的传热传质进行了数值模拟研究。 实验方面,本文在实验室现有条件下仿照实际海水养殖池建立了海水养殖池模拟实验台,测量了养殖池的热平衡关系,边界散热以及气液界面水分蒸发带走的热量为主要的热量损失,分析了实验误差。同时通过测量所得的温差与空气相对湿度计算水面水蒸气与空气中水蒸气的压力差值,分析了其对蒸发速率的影响,与前人所做实验结果对比基本一致。同时测量了不同进水温度下池内部的温度分布,进水温度主要影响着池水的绝对温度,对于池内各点的温度差值影响很小,池内水的自由对流较强,池水温度分布较为均为,并用红外线测温仪测量了池水表面温度分布。淡水的自然对流稍强于盐水,盐水浓度的均匀与否对于自然对流的影响非常大,传质与传热之间有着非常密切的互相影响关系。 理论方面,本文首先采用方法研究了有自由液面的物理问题,通过 物理模型验证了所编写程序处理自由液面问题的可行性,通过对池内水面边界的简化处理,对池水的温度场、流场以及浓度场进行了数值模拟,并分析了温度驱动、盐水浓度驱动共同作用下温度场、流场以及浓度场。最后,根据目前实验和理论方面存在的不足,提出了改进建议,并展望了课题后续研究的计划。


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