基于大涡模拟的梯形太阳池二维数值研究

发布时间：2020-03-31 11:46

【摘要】：伴随着世界能源加快向低碳、绿色、清洁化转型,太阳能作为可再生能源,因具有分布广泛、储量巨大等特点,已得到世界各国的高度重视。盐梯度太阳池作为是一种能够长时间、大规模储存太阳能的装置,其构造简单、清洁环保,具有广阔的发展前景。因此对盐梯度太阳池的研究已成为太阳能新型利用方面的热点研究课题之一。本文以盐梯度太阳池为研究对象,基于计算流体力学(CFD)的基本理论,开展太阳池的CFD数值模拟研究。在考虑热盐双扩散的情况下,基于已有的太阳池实验系统,建立了太阳辐射模型、热损失模型、稳定性模型,形成了大涡模拟的梯形太阳池二维数学模型,进而对增强型太阳池进行了二维数值模拟研究。以Fluent 17.2为计算平台,分别采用雷诺平均(RANS)和大涡模拟(LES)两种湍流模型,模拟了梯形太阳池的运行过程,从太阳池的中心温度、速度场分布等多角度对比研究了两种湍流模型的差异,确定了适合于太阳池微湍流现象数值模拟的湍流模型,即LES模型;在此基础上基于大涡模拟模型,深入分析了梯形太阳池内的温度场、速度场、涡量场以及盐度特性。结果表明:随着时间推移,太阳池整体温度逐渐升高,高温区由UCZ转移至LCZ;在同一水平高度上,温度呈中间高、两侧低分布,最大温差出现在NCZ下部;速度场主要分布在LCZ,呈现出明显的涡旋结构,涡旋在太阳池运行过程中发生合并与拆分;涡量场主要分布在LCZ,高涡量区对应速度梯度较大的区域;盐浓度与池水密度变化趋势相同,受盐扩散影响上下交界面处的盐浓度呈明显下降趋势。为了提高太阳池的供热温度,本文提出在池表面铺设透明薄膜和结合太阳能集热器辅助集热的两种方法,并基于大涡模拟方法,分别建立了薄膜模型和辅助集热模型,并通过Fluent中的UDF将其引入到太阳池模型,构建了增强型太阳池数学模型,基于模拟结果分析了两种强化方式对太阳池热性能的影响。结果表明:增设塑料薄膜以后,太阳池表面热损失减少,LCZ温度升高,在温度下降区间,薄膜太阳池的温度下降速率略低于无膜太阳池;太阳池与辅助集热器并联后,各层温度的整体分布趋势并没有受到明显影响,辅助集热太阳池温度整体高于无集热器的太阳池。太阳池技术研究的主要目的是为了将太阳池作为低温热源应用到实际生产生活中去。本文通过算例进行了以太阳池为热源的海产品越冬养殖的经济性分析,讨论了太阳池为冬季海水养殖供热的优势所在,旨在为太阳池的实际应用提供有益借鉴。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK513.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张敏;吴志跃;张国栋;成怀刚;程芳琴;;非对流层数对太阳池性能的影响[J];可再生能源;2015年12期

2 王华;郭伟;张刘钢;;基于传统盐梯度太阳池技术的多孔介质太阳池技术[J];低碳世界;2016年30期

3 黄文跃;;新型能源——太阳池[J];石油知识;1997年01期

4 高春娟;董泽亮;蔡荣华;张雨山;黄西平;;盐梯度太阳池的建立及运行实验研究[J];盐业与化工;2015年10期

5 吴丹;刘宏升;孙文策;;采用多孔介质材料增强太阳池性能的实验研究[J];太阳能学报;2013年08期

6 肖树阳;孟庆芬;董亚萍;李冰;李武;;温棚太阳池模拟实验研究[J];盐湖研究;2013年01期

7 吴丹;刘宏升;孙文策;;强化太阳池热性能实验研究[J];大连理工大学学报;2013年05期

8 史玉凤;孙文策;刘宏升;刘红;吴丹;;太阳池底部加设多孔介质实验与模拟研究[J];大连理工大学学报;2012年01期

9 高春娟;曹冬梅;张雨山;;太阳池技术研究进展[J];盐业与化工;2012年05期

10 于奔;;太阳池技术的进展综述[J];科技风;2012年10期

相关会议论文 前2条

1 曹金龙;马温厚;;海岸太阳池工程技术研究与开发[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年

2 姜霖松;刘宏升;吴丹;孙文策;;梯形盐梯度太阳池的数值模拟研究[A];高等学校工程热物理第二十届全国学术会议论文集——工程热力学专辑[C];2014年

相关重要报纸文章 前9条

1 格桑达瓦;藏北盐湖首现“卤水太阳池效应”[N];中国矿业报;2002年

2 张绪勇 郭治斌;屯子镇太阳池生态旅游区对游人开放[N];陇东报;2007年

3 记者 先朝阳;“太阳池”成陇东生态旅游好去处[N];甘肃日报;2007年

4 贾治科;大投入大损坏 小投资大效益[N];甘肃经济日报;2000年

5 理易;太阳能时代离我们还有多远[N];北京科技报;2001年

6 ;新能源让生活更美好[N];中国气象报;2010年

7 特约记者 曹菲;我国锂资源自给自足有望[N];地质勘查导报;2006年

8 王居易;外伤后慢性腰痛案[N];中国中医药报;2014年

9 本报通讯员 张绪勇;崛起的沃土[N];陇东报;2008年

相关博士学位论文 前6条

1 李楠;盐梯度太阳池水体研究及表层结冰对太阳池性能的影响[D];大连理工大学;2010年

2 葛少成;太阳池辐射透射及热盐双扩散特性的实验和数值模拟研究[D];大连理工大学;2006年

3 吴丹;以耦合辅助措施增强太阳池热性能实验和数值模拟研究[D];大连理工大学;2015年

4 王华;海水—卤水太阳池热性能研究和梯度层动力稳定性分析[D];大连理工大学;2008年

5 余疆江;热水太阳池在西藏当雄错盐湖卤水提锂中的应用研究[D];成都理工大学;2013年

6 史玉凤;多孔介质对太阳池性能影响的研究[D];大连理工大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 乔春戈;基于大涡模拟的梯形太阳池二维数值研究[D];大连理工大学;2019年

2 张刘钢;相变材料对盐梯度太阳池热性能影响的实验和理论研究[D];河南理工大学;2018年

3 王萌;盐梯度太阳池储热性能与热电转换研究[D];沈阳建筑大学;2017年

4 苗晶玉;双扩散对流对盐梯度太阳池热盐迁移规律的影响研究[D];燕山大学;2017年

5 薛占一;盐梯度太阳池热性能分析及热发电实验研究[D];燕山大学;2017年

6 王品;太阳池富钾机理及其在大浪滩盐湖的应用技术研究[D];天津科技大学;2015年

7 王丹;盐梯度太阳池热性能与储能应用研究[D];沈阳建筑大学;2016年

8 张敏;盐梯度太阳池性能优化研究[D];山西大学;2016年

9 曾东;太阳池热性能和提热的数值模拟[D];大连理工大学;2011年

10 刘岩;配有太阳集热器太阳池的数值模拟研究[D];大连理工大学;2010年

，

本文编号：2609035