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《燕山大学》 2017年
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双扩散对流对盐梯度太阳池热盐迁移规律的影响研究

苗晶玉  
【摘要】:在能源日益匮乏的大环境下,对新能源的利用自然而然的受到了广大学者们的关注。盐梯度太阳池作为一种新型的太阳能光热转换和利用系统,具有结构简单,造价低廉,环境友好无污染等一系列优点,具有广阔的发展前景,所以对盐梯度太阳池的研究是国内外太阳能新型利用方面热点研究课题之一。盐梯度太阳池是一个典型的热盐双扩散系统,其非对流层同时存在着温度梯度与盐度梯度,太阳池得以稳定运行的关键因素在于太阳池非对流层内同时存在的温度梯度与盐度梯度所引起的热盐扩散过程。本论文以稳定运行状态下的盐梯度太阳池的非对流层为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,对非对流层内的热盐迁移过程进行了分析与探讨。在数值模拟方面,建立了盐梯度太阳池非对流层的物理数学模型,定义其边界条件及初始条件,并验证了网格的独立性。通过数值模拟结果显示:太阳池在稳定状态下,非对流层内的温度与盐度均近似呈线性分布,且随着时间的变化不大;从速度矢量图中可以看出,在非对流层内存在微小尺度的环型扩散现象,即扩散成层;另外分析了非对流层内的质量流率,为太阳池梯度层的维护提供了借鉴。在实验研究方面,通过在室内搭建小型的试验台,对盐梯度太阳池的非对流层内的传热传质过程进行了实验探究。实验部分主要包括两层实验研究和多层(即太阳池非对流)实验研究两部分。通过对实验数据的处理与分析可得:当盐度差不变的情况下,温差的增大会加快流体内盐分的扩散速度,温差过大,则非对流层盐度梯度的破坏速度亦会加快;在实验过程中同样发现,当盐度梯度一定时,存在一个最大温度梯度,使得太阳池非对流层在不高于此温度梯度的情况下能够保持稳定状态;此外,对比数值模拟结果,在稳定状态,非对流层内同一时刻的温度与盐度分布曲线图趋势相同,且吻合度较高。本论文通过数值计算与实验分析两方面的研究发现,对太阳池非对流层热盐迁移规律的研究,为盐梯度太阳池的稳定运行及后期维护提供了参考依据和理论支撑。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK519

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