多孔介质参数分布对盐梯度太阳池有用能影响机制的研究

Currently, low temperature heat consumption of our total energy consumption accounted for more than 10% of the national economy. Salt gradient solar pond can provide 50-90oC continuous large capacity low temperature heat source. However, actual operating salt gradient solar pond with a much lower temperature than theoretical value, become a major bottleneck restricting its application. A salt gradient solar pond with porous media bed is significantly increased temperature, but the exact mechanism is not clear. This project proposed a model that the porous medium which added at bottom of the salt gradient solar pond with a non-uniform parameter distribution. Develop the basic scientific research in the influence of porous media parameters distribution on the exergy and stability of the salt gradient solar pond. The contents include: the governing equations establishment of a porous medium solar pond heat and salt diffusion system, solution of the temperature, salinity and flow distribution of the system; Solution of the nonlinear dynamic stability of the double diffusion system; search optimal parameters of porous medium layer distribution law for searching maximum heat exergy; experiment work would use to validate the theoretical results and modified the mathematics model. This project aims to reveal the mechanism of the effect of porous media can be useful in solar pond, and increase source temperature and thermal efficiency of the large area of salt gradient solar pond.

目前低温热耗占我国国民经济总能耗的10%以上，盐梯度太阳池可以提供50-90度连续大容量低温热源，是该领域节能的有效途径。然而，实际运行的盐梯度太阳池储热层温度较低，供热品质不高，成为制约其推广应用的主要瓶颈。添加多孔介质层的盐梯度太阳池具有明显增加储热层温度的作用，但确切影响机制尚不明确。本项目提出盐梯度太阳池底部多孔介质非均匀参数分布的模式，开展多孔介质层参数分布对太阳池有用能和稳定性影响规律的基础科学研究。内容包括：建立多孔介质太阳池热盐双扩散系统控制方程，求解温度、盐度场；研究该流体-多孔介质热盐双对流系统的临界非线性动力稳定性条件；以保证系统稳定和获得最大有用能为目标，探索多孔介质层最佳参数分布规律；实验验证理论结果并对数学模型进行修正。本项目旨在揭示多孔介质对太阳池有用能的影响机制，为有效提高大面积盐梯度太阳池储热层温度和热效率奠定理论和技术基础。

多孔介质材料具有强化传热、升温性能良好等热物理特性，将其用于盐梯度太阳池储热层可能对盐梯度太阳池的热性能起到积极作用。但单一种类的多孔介质往往不能满足盐梯度太阳池传热传质以及蓄热等多方面的需要，为此，本项目运用数值方法求解添加多孔介质太阳池的一维非稳态热盐双对流问题，理论上求解多孔介质用于盐梯度太阳池的温度场，并据此计算太阳池的有用能参数，分析多孔介质物性对太阳池温度及有用能的影响机制；同时，从理论上研究多孔介质的物性参数对太阳池能量及有用能储存的影响规律；在理论研究的基础上，建立了程序控温模拟盐梯度太阳池的实验台系统，选用炉渣、鹅卵石、大理石以及花岗岩等多孔介质材料从多孔介质本身对太阳池热性能的影响和多种多孔介质组成的复合多孔介质层对太阳池热性能的影响两个方面开展了实验研究。结果表明，在太阳池储热层添加多孔介质一般都可以提高太阳池储热层平均温度，但温度不是决定有用能（Ex）参数及有用能效率的唯一因素，太阳池储存的有用能及其效率还与储热层工质的热物性有关系。采用热物理性质互补的多孔材料添加到太阳池储热层可以使太阳池获得最大有用能。本项目执行期间，发表SCI收录论文3篇，授权相关发明专利3项，培养硕士生4名。