土壤—翅片热传递规律及其对温差发电系统输出的影响

发布时间：2023-05-13 09:06

　　无线传感器的供电问题制约着物联网技术在林业上的运用,一种解决思路是利用森林浅层土壤与空气之间的温度差,根据塞贝克效应进行温差发电,供给无线传感器使用。本文以土壤—翅片界面热传递规律及其对森林土壤温差发电系统输出的影响为研究对象,建立了土壤—翅片界面仿真模型,设计和搭建了森林土壤温差发电室内模拟装置,并在室内模拟试验的基础之上,进行了室外实地试验。为了更有效地从浅层土壤中收集微热量,分别通过仿真分析、理论计算和试验验证等方法探索土壤—翅片管界面传热的时空规律。针对36种不同的工作条件进行了仿真分析,得到了翅片管上的温度和热通量的经验公式,根据土壤温度、土壤含水率和空气温度即可以通过公式获得温度和热通量。仿真分析还表明,热通量最高可达约0.30 mW/mm2,通过翅片管可获取能量约1 507.96 mW。理论计算表明,与单纯铜管相比,铜质翅片管可提高热传递效率76.77%,显著提高了热传递效率。仿真与计算结果还表明,当土壤含水率高于30%时,热传递效率显著增高,因此,发电装置的翅片管应布设在土壤含水率高于30%的位置,以便从土壤中获得更多热量。搭建了土壤温差发电室内模拟装置,该装置通过布设...

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究综述
    1.3 主要研究内容及待解决的关键问题
    1.4 本文技术路线
    1.5 本章小结
2 土壤—翅片界面热传递规律研究
    2.1 二维几何模型构建
    2.2 二维传热规律仿真试验
        2.2.1 独立性分析
        2.2.2 试验材料热物理性能参数确定
        2.2.3 试验边界条件的确定
    2.3 土壤—翅片界面传热数学模型
        2.3.1 仿真试验结果及分析
        2.3.2 土壤—翅片界面热传递规律数学模型建立
        2.3.3 土壤—翅片界面热传递规律数学模型可信度分析
    2.4 本章小结
3 森林土壤温差发电系统室内模拟试验
    3.1 试验材料与原理
    3.2 室内模拟装置设计与搭建
    3.3 温差发电系统电响应特性试验
        3.3.1 试验结果及分析
        3.3.2 电响应特性数学模型
    3.4 本章小结
4 森林土壤温差发电系统实地试验
    4.1 试验地点
    4.2 试验方案设计与实现
    4.3 试验结果与讨论
        4.3.1 实地试验结果及分析
        4.3.2 能量转化效率分析
        4.3.3 土壤—翅片界面传热数学模型验证
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 完成的主要工作及结论
    5.2 本研究的不足和展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢



本文编号：3815634