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严寒地区太阳能-土壤源热泵联合加热沼气池的模拟研究

杨萌  
【摘要】: 在严寒地区,由于冬季气温低、地温也低,沼气的生产存在产气率低,使用率低,甚至出现冻裂沼气池的现象。而目前所出现的沼气池增温方法多数是针对户用沼气池的,针对大中型沼气池在严寒地区如何很好的加热保温以保证沼气池的冬季使用率,目前尚且没有很好的方法。由此可见急需寻找一种切实可行的大中型沼气池的增温方法,来满足沼气工程的发展要求。本文针对这一问题,提出了太阳能--土壤源热泵联合加热沼气池的新思路,即利用太阳能—土壤源热泵加热系统制取的热水通过沼气池周边的换热管加热料液,同时结合温控系统,使沼气池内部温度保持在沼气发酵最佳温度。论文以模拟分析计算为主,对联合加热系统在全年不同气象条件下进行计算模拟,验证该系统在严寒地区是可以实现的。 首先针对严寒地区的500m3的沼气池,运用Fluent软件,对沼气池内沼液的加热量、沼气池及周围温度场分别进行模拟,并对沼气池的尺寸和保温层进行优化。在沼气池负荷的基础上对太阳能集热器面积、地下U型换热器面积、热泵机组等部件进行初步选择。 其次用Matlab编写程序对太阳能集热器的面积以及地下土壤U型换热器的换热面积进行优化选择,同时制定了系统各模式的启停条件,对系统全年运行情况进行了模拟。 最后,通过对大中型沼气池加热的三个方案进行经济性分析和比较得出本系统的相对优越性和经济性,从而进一步验证该系统在严寒地区的可行性。 本文的研究成果将对该系统在北方严寒地区设计修建大中型沼气池有一定的参考价值,同时为继续进行该系统的应用研究奠定了初步基础。


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