小型氯化钠溶液太阳池的实验研究

报道小型太阳池的实验研究结果,并根据实验结果对太阳池的集热和蓄热性能作讨论。同时还介绍小型太阳池的设计、建造、灌液以及其温度浓度分布的测试。     

海水太阳池物理模型

以自然盐水作为工质的太阳池为研究对象，建立了海水太阳池的物理模型，重点进行可用太阳辐射能的近似计算、太阳池温度分布和盐梯度分布的理论计算、以及太阳池的热稳定性的分析．     

小型海水太阳池实验及考虑浊度的温度分布模拟

建立了2.8 m×2.3 m×0.8 m小型太阳池,以卤水和溶解粗盐的海水灌注太阳池各层,进行了持续的池内温度和地表太阳辐射强度的测量.根据测定的气温和太阳辐射强度数据,考虑侧壁阴影部分对散射辐射的吸收,针对本太阳池进行了温度分布的逐时变化数值模拟.实验和计算结果表明,实验值和计算值吻合较好,保温性能较好的小型海水太阳池升温较快,适于在温度较高的月份用于供热.     

以纯碱蒸氨废液为工作介质的太阳池试验研究

以纯碱蒸氨废液为工作介质,构建盐梯度太阳池,并模拟青海省德令哈地区的自然条件进行了太阳池运行试验。结果表明:50 cm深的蒸氨废液太阳池运行稳定时,上对流层厚度为10 cm,盐梯度层厚度为30 cm,下对流层厚度为10 cm;太阳池运行中表面产生的主要成分为Mg(OH)2和Mg CO3不溶固体;为保持太阳池的稳定运行需要定期补液,减小溶液的浊度,增加光照时间能显著提升太阳池温度,在模拟环境温度15℃下运行时,太阳池的最高温度可达到44℃。利用蒸氨废液可以构建太阳池,是资源化利用的一条新途径。     

太阳池温度和浓度分布的计算机拟合

根据氯化镁溶液太阳池的实验数据,用计算机对其温度和浓度分布进行模拟,发现用项次不高的多项式就能拟合得到十分吻合的结果,还对各拟合多项式中的系数进行了讨论。     

圆形斜壁氯化镁溶液太阳池梯度区的浓度分布

对圆形斜壁小型太阳池梯度区非线性浓度分布问题进行理论分析,与实验对比,两者吻合较好。从而对这类太阳池梯度区浓度的非线性分布问题作出了初步的理论解释。     

柴达木盆地地区太阳池技术应用研究

太阳池是一种兼有太阳能集热器和储热器功能的盐水池,太阳池中贮存的热量被广泛用于采暖、发电以及需要大量低温热源的工农业应用领域．在柴达木盆地具有建设太阳池的有利条件,应大力发展太阳池技术．     

梯形太阳池热性能与影响因素分析

基于实验数据对梯形太阳池进行了一维数值模拟,建立了热盐双扩散模型,改进了池底反射模型、辐射透射模型和热损失模型,通过模拟与实验结果对比验证了模型有效性.根据模拟结果分析了梯形太阳池温度分布规律、热稳定性及能源效率,讨论了池水浊度对其热性能的影响.结果表明:梯形结构有利于提升太阳池热利用率;太阳池运行初期,各层能源效率在20%~50%,下对流层能源效率最为稳定,维持在25%左右;下分界层稳定性要优于上分界层,温度梯度越大分界层稳定性越差.     

太阳池的非稳态热性能的数值模拟

为了收集和储存太阳能,必须深入研究太阳池的运行机制,采用太阳池在非稳态情况下热性能的相关数学模型,以有限差分方法对热性能进行了数值模拟,得出了太阳池温度场的分布规律,进一步分析了池水浊度、池底保温层等对太阳池热性能的影响,计算表明：太阳池底部应铺设保温层,但不宜太厚;水浊度抑制了太阳辐射在池中的传播,大大降低了太阳池的热性能。最后用实测数据验证了计算结果的可靠性。     

海水太阳池二维数学模型

盐梯度海水太阳池具有收集和贮存太阳能的双重功能.为了满足太阳池研究计算的需要,建立了海水太阳池的二维轴对称模型,对太阳池内的温度场进行了模拟计算,并与实验数据进行了对比.通过比较发现,采用W.S.模型,其数值结果和实测值比较吻合;太阳池面积和浊度对太阳池热行为有很大影响,应用二维模拟计算,可确定简化为一维模型的太阳池的最小面积为300m2.     

强化太阳池热性能实验研究

建立了两个表面尺寸2.4m×2.4m、深1.2m结构相同的小型盐水太阳池,通过向太阳池底部添加多孔介质、在太阳池表面加透明塑料膜盖,以及将太阳池与太阳能集热器相结合的方法,探索强化太阳池热性能的途径.实验结果表明:多孔介质用于太阳池可以起到降浊、蓄热的双重功效、加透明塑料膜盖可以有效降低太阳池浊度,减少表面散热,并影响下对流层温度分布;辅加太阳能集热器可以明显增加太阳池下对流层温度,但对非对流层和上对流层影响较小.     

海水淡化剩余浓盐水灌注太阳池研究

研究了利用海水淡化剩余的浓盐水经过进一步晒制浓缩来灌注太阳池的相关问题.通过不同浓度盐水蒸发量的实验,结合当地的气象条件,利用彭曼-蒙特斯经验公式,拟合出适合不同浓度盐水的蒸发量模型,进而计算出浓缩不同盐度溶液所需海水淡化剩余浓盐水用量及时间.提出应根据升温热稳定性要求采取多次补水的方法完成太阳池灌注,提高了太阳池的蓄热性能.     

浊盐水自由沉降与太阳池降浊增效实验研究

通过实验室内浊盐水自由沉降实验分析不同盐度、工质及温度下的浊度变化规律,提出采用多孔介质吸附剂进行物理降浊的方法,讨论了4种多孔介质材料的降浊效果;建立2个表面积为2.4m×2.4m、深1.2m的小型盐水太阳池,进行了添加多孔介质的浊度对比实验;通过对实验数据的非线性拟合构建了太阳辐射透射率混合回归模型.结果表明:盐水浊度去除率比卤水高10%左右;盐度从0.2%增至20%时,盐水浊度去除率降低了8%;加入不同多孔介质后,灰尘颗粒自由沉降速度加快,浊度去除率可升高3%~13%;在太阳池内添加多孔介质可有效降低池水浊度,增加池内的太阳辐射透射率.     

浅水池太阳吸收率的计算

文章依据太阳光线在开放的浅水池内作多次反射和吸收及水对太阳辐射吸收具有选择性这一事实,建立了一个用于计算水池太阳吸收率的数学方法。分析表明:水池的太阳吸收率的精确计算必须精确地知道地面上太阳直接和散射辐射的光谱分布,而太阳辐射的光谱分布与太阳入射角及气候条件有关且任何地方无法找到这些数据。文章数字计算表明:对某一给定的水平总辐射值,用于计算的光谱分布气候模式的选择对水池的直接辐射和散射辐射吸收率有很大的影响,但对水池的太阳能收益的影响可忽略不计。文章还引入了一简化的水池吸收率的计算方法。     

水浊度和提热量对太阳池盐梯度层稳定性综合影响

研究了太阳池非对流层在温度梯度作用下的重力稳定性问题.考虑了池水对于太阳辐射的吸收,并假设边界上一定的热通量为导热微分方程的边界条件,基于控制方程的弱解形式采用Galerkin方法得到对流开始发生的临界条件.给出了池水的浊度（消光系数）和提热量f对于非对流层（也叫梯度层）稳定性的影响.结果表明,临界稳定值Rac受水体浊度的影响很小,当浊度变大后,Rac略有下降;考虑提热量f和浊度的综合影响,当f为0.65～0.70时,池水浊度对梯度层稳定性的影响最小;当f小于此范围时,随着梯度层内浊度的增大,Rac增大,系统趋向稳定;当f大于此范围时,随着梯度层浊度的增大,Rac减小,系统趋向于不稳定.     

多孔介质对太阳池热盐扩散影响实验研究

研究在太阳池底部增设多孔介质水层对太阳池热盐扩散的影响及对水体的传热特性和温度分布的影响.实验结果表明,多孔介质水层可以起到隔热保温作用.测量了石子水层和炉渣水层的热扩散率和导热系数,验证了炉渣水层的隔热保温性比纯水强;通过观测有多孔介质层与无多孔介质层以及不同材质、不同尺寸多孔介质等情况下的盐扩散规律,发现多孔介质层明显抑制了盐的扩散,有利于盐梯度的保持.