基于微尺度涡团的盐梯度太阳池热盐动态迁移过程及传热传质机理研究

Dynamic migration process of thermohaline convection is the main reason for the destruction of non-convection zone to the salt gradient solar pond (SGSP). Control and prediction of accurate parameters is the guarantee to acquire good thermal performance. The micro-description and simulation research of thermohaline migration process is not mature currently. . The main research contents and innovation points for this item are as follow: (1) The thermohaline migration process is chosen as researching object and macro-micro coupled mathematical model with thermal transmitting and salt diffusion is established. (2) The influence of micro effect and dynamic for the thermohaline migration is considered comprehensively. Analysis the macro-phenomenon in micro-view and studying evolution rule for thermohaline migration process. (3) The stability evaluation system and static-dynamic model for NCZ will be established through considering cross diffusion effects of both the Soret effect and the Dufour effect in the salt gradient solar pond heat and mass transfer, and also a new method to predict and control the stability of NCZ will be suggested.. Its significance lies in exploring the more exact thermohaline migration process and stability criterion. Theoretical foundation and technical support is provided due to choosing the appropriate temperature and salt parameter as well as the optimal thermal performance for actual production. And also theories of heat and mass transfer have been enriched.

盐梯度太阳池内热盐动态迁移是造成非对流层稳定性破坏的重要原因，精确地预测并对相关参数进行控制是获得最优热性能的保障，而目前热盐动态迁移过程的微观描述及模拟研究还不成熟。. 本项目主要研究内容及创新点：(1)以盐梯度太阳池的热盐动态迁移为研究对象，建立宏微观相结合的热量传递和盐分扩散的动态耦合数学模型；(2)综合考虑微观效应和动力学对热盐动态迁移过程的影响，从微观角度分析宏观现象，揭示热盐动态迁移过程的演变规律；(3)同时考虑Soret效应和Dufour效应交叉扩散作用在盐梯度太阳池传热传质中的影响，建立盐梯度太阳池非对流层稳定性评价体系及稳定性静动态模型，提出预测和控制非对流层的稳定性的新方法。. 旨在探寻更加准确的热盐动态迁移规律和非对流层稳定性判据，为实际盐梯度太阳池的最佳温盐参数控制以及热经济性的最优化提供理论基础与技术支持，并丰富和发展传热传质理论。

盐梯度太阳池具有结构简单、造价低廉、环境友好无污染等一系列优点，是国内外太阳能新型利用方面热点研究课题之一。盐梯度太阳池是一个典型的热盐双扩散系统，其非对流层同时存在着温度梯度与盐度梯度，太阳池得以稳定运行的关键因素在于太阳池非对流层内同时存在的温度梯度与盐度梯度所引起的热盐扩散过程。本项目从盐梯度太阳池蓄-放热过程中的温度梯度和盐度梯度分布情况和变化规律出发，依据传热传质相关基础理论，结合双扩散对流原理，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，一方面，建立热盐扩散二维简化数学模型，得出太阳池蓄-放热过程中的热盐瞬时扩散规律，并与实验值相比较，得到随着太阳辐射时间的增加，上对流层和下对流层的对流微团数逐渐增多，使得非对流层厚度减小而上下对流层厚度均增加，但在一定时间内盐度梯度造成的密度梯度始终大于温度梯度引起的密度梯度，从而抑制非对流层的对流产生，为实际盐梯度太阳池的稳定运行及后期维护提供了参考依据和理论支撑。另一方面，搭建盐梯度太阳池热利用综合实验台，完成了太阳池的灌注并进行了连续性集热实验，对太阳池的蓄热性能实验进行了能量的计算讨论和热力学分析，并讨论了提热过程的能量守恒问题和提热情况下太阳池梯度层的稳定性问题。最后，进行了发电模块的测试实验以及系统发电的可行性实验，探索了太阳池发电的新途径，为大型太阳池联合发电系统的实际应用提供了参考依据。