带有沼液热回收的沼-电-热泵模式研究

摘要

我国北方地区冬季寒冷、干燥且漫长，过低的气温导致了沼气池池温低，池容产气率低，沼气池全年运行时间短，系统效益差，不利于沼气系统的推广。针对这一现象论文提出了提出了带有沼液废热回收的能量自给型沼气系统。即利用回收沼液废热加热进料，不足的一小部分由沼电废热或热泵补给，这里热泵的耗电来自于沼气所发，保持沼气池温度的能量是完全自给的。保证了沼气池进料温度达标，冬季系统能够高效稳定运行。针对寒区的蔬菜种植和畜禽养殖均需采暖越冬的特点，该系统还带有供热功能。
　　对沼气系统的能量分析表明，系统的主要热损失来自于出料。沼液是一种特殊的流动换热工质，为了进行沼液废热回收换热器正确的设计计算，论文通过实验测定了沼液的密度、导热系数、比热容等物性参数以及 PH值、固体含量、悬浮物的粒径分布等其他参数，辨识了沼液的流变特性，得出了本构方程，并推导出了沼液在圆管流动时的速度场和温度场，及其在圆管中换热的准则关联公式。
　　论文以费用年值为目标函数对各部件的构成及运行参数进行了优化的方案设计，对系统的产能率、经济、环境效益进行了评价，说明该系统确实能够达到沼气池在冬季高效运行，能量自给且有多出的供热能力。论文还分析了沼气池温度随时间变化的规律，研究出了微过热进料代替在池中敷设换热管的简易方法。

目录

带有沼液热回收的沼-电-热泵模式研究

Reseach on The Model of Methane-eletricity-heatpump Based on Biogas Heat Recovery

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.1.1 课题的来源

1.1.2 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及发展动态分析

1.2.1 国内外沼气应用现状

1.2.2 制沼工艺技术的发展

1.2.3 发酵产物的利用方式

1.2.4 沼气发电的应用技术

1.2.5 非牛顿流体的流变特性

1.3 沼-电-热泵模式简介

1.4 主要研究内容及方法

第2章 沼气系统的能量分析

2.1 沼气池的热平衡模型

2.2 东北严寒地区沼气池能量分析

2.2.1 发酵料液的浓度、密度和比热

2.2.3 沼气池的进料温度

2.2.4 池内料液的发酵温度

2.2.5 进、出料质量和沼气产量

2.2.6 沼气池池壁的传热系数

2.2.7 沼气池各部分能量计算

2.3 沼-电-热泵系统能量分析

2.3.1 沼气发电的能量分析

2.3.2 土壤源热泵的能量分析

2.3.3 一二级换热器的能量分析

2.3.4 沼-电-热泵系统的能量分析

2.4 本章小结

第3章 沼液物性参数及换热特性的实验研究

3.1 沼液物性参数测定

3.1.1沼液固体含量测定

3.1.2 悬浮物粒径分布测定

3.1.3 沼液的密度测定

3.1.4 沼液的PH值测定

3.1.5 沼液的热工参数确定

3.2 沼液流变特性的实验

3.3 沼液圆管层流的流动特性和换热热性

3.3.1 沼液流态判别准则

3.3.2 沼液圆管层流的流动特性

3.3.3 沼液圆管层流的换热特性

3.4 本章小结

第4章 沼液换热器的换热特性

4.1 沼液换热器形式的选择

4.2 沼液换热器的换热模型

4.3 沼液换热器的动态过程

4.4 本章小结

第5章 沼-电-热泵模式系统优化的方案设计

5.1 一二级换热器的面积优化

5.1.1 目标函数与系统变量

5.1.2 系统初投资

5.1.3 系统运行费用

5.1.4 目标函数和约束条件

5.1.5 一二级换热器的面积优化

5.1.6 面积优化的影响因素

5.2 微过热进料运行模式研究

5.3 沼-电-热泵模式系统效益分析

5.3.1 系统能源效益分析

5.3.2 系统经济效益分析

5.3.3 系统环境效益分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

《学位论文出版授权书》

致 谢