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《吉林修建大学》 2016年
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酷寒区域沼气池温度场优化模仿及增温办法研讨

张润  
【摘要】:跟着矿石动力挖掘的干涸与日益严重的环境问题迫临,新式清洁动力的开发运用成为目前我国经济开展的一项重要课题。沼气作为清洁动力中的一种,其特点是热值较高、出产便利,最重要的方面是能将污染废弃物生态化处理并发生经济效益,沼气发酵工艺与沼气工程技能在近几年内开展十分迅速。在沼气厌氧发酵工艺中,影响沼气产出的要素包含许多方面:如发酵质料的挑选、发酵温度的操控、发酵设备的拌和规划等。其间影响最大的条件是关于沼液发酵温度的操控,它直接限制着厌氧发酵菌的活性。在东北酷寒区域,因为冬季时间长、外界温度低,只要确保发酵罐内恰当的发酵温度才干最大化的进步沼气产值。以往的沼气设备增温规划多参阅其他发酵工艺设备规划,并没有硬性的规范要求,本研讨根据为酷寒区域沼气工程的长时间可继续运转的要求,对沼气加热盘管及拌和设备安置进行比照性研讨且挑选最合适的增温计划以完善工程整体性。Fluent作为一款流场及温度场数值模仿技能软件,深受各大职业工程的专家学者喜欢且广泛运用于实践工程剖析中,本研讨即选用Fluent软件对实验工程运转工况进行模仿剖析。考虑到沼气发酵质料的组成杂乱,但经过研讨标明在流变特性和密度方面沼液归于假塑性流体,浓度可近似看作牛顿流体。故为简化核算本文将沼液规划为单相流系统,固体浓度为12%,粘度设置为179.54m Pa·s,密度ρ=1.23/cm~3。本文选用实验与数值模仿结合的办法对沼气发酵设备温度场进行研讨比照,实验经过每次拌和时加热测得不同高度层的温度数据,剖析当时时刻下的沼气发酵设备的运转情况;运用Fluent数值模仿软件模仿出拌和进程中流场及温度场散布情况,经过选用二阶顶风格局湍流模型对料液的湍流特性进行论述,运用多重参阅系办法将发酵罐内核算域划分为动、静两个区域,并运用流体传热传质特性进行三维温度场、流场数值模仿。下一步将得到的模仿成果与实验数据相比照,确保Fluent软件模仿技能在沼气发酵设备温度场研讨中的可行性;随后对原模型中的拌和设备进行偏疼式优化改造,从不同拌和设备离底高度及加温盘管敷设方位进行模仿剖析研讨,最终运用TRNSYS软件和数值剖析理论模仿并剖分出最经济节能的增温办法。本文的首要研讨成果如下:(1)本研讨以长春市某养猪场沼气工程为实验目标,剖析得到实验温度监测成果与数值模仿温度场、流场散布作用具有一致性。成果阐明运用Fluent软件在模仿沼气发酵进程中温度场与流场的具有可行性,为下一步优化拌和结构的数值模仿具有指导作用。(2)本研讨根据实验数据与模仿剖析的基础上对发酵拌和设备进行偏疼优化,之后进一步对偏疼式设备计划B进行深层数值优化,改动拌和设备距底高度及加温盘管的敷设方位,组合出三种新式的沼气拌和器及盘管安置计划并运用CFD软件进行数值模仿,剖析三种工况下罐内料液温度场散布情况。成果标明三种情况均对料液上部4.5m处热量传递发生影响,其间计划E关于料液热量传递及温度场均匀散布作用最佳。(3)运用系统化TRNSYS软件模仿在不同热源下沼气工程运转情况,比照沼气发电余热收回办法与太阳能加热办法、地源热泵加热办法的经济性与能耗性。成果显现发电余热收回加热办法更适合于酷寒区域的沼气工程。
【学位颁发单位】:吉林修建大学
【学位等级】:硕士
【学位颁发年份】:2016
【分类号】:S216.4

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