CN104464480B - 一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有盐梯度太阳池实验技术中所存在的实验周期长、实验地点和实验时间都受当地地理位置和季节条件的限制的问题，提出一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，主要包括实验水槽、盐水、加热模块、盐度传感器、温度传感器、电源、显示终端、PLC控制模块、盐度反馈传输、功率控制传输、功率反馈传输、温度反馈传输部分。本发明能够较准确地模拟盐梯度太阳池所吸收到的太阳辐射能，从而实现盐梯度太阳池太阳能模拟实验的经济性、可行性、准确性、地理位置和实验设定时间可设定。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟太阳能光热转换的程序加热实验方法，尤其涉及一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法。
背景技术
太阳能热利用属于洁净的可再生能源技术。随着太阳能技术的发展，很多情况下需要进行太阳能实验，但是太阳能实验若采用实际太阳光往往受天气、时间、地理条件等因素的限制，周期较长，而且若地点固定了，太阳辐射的状况也就固定了，即一个地理位置只能模拟当地的太阳能利用情况，而无法实现对其他地理纬度的情况的模拟。
在太阳能热利用技术中，盐梯度太阳池是一种集太阳能吸收和储存为一体的太阳能热利用技术，它是一种具有不同浓度结构组成的盐水池。盐梯度太阳池主要由三层构成，最下层为储热层，由浓盐水构成，中间层为盐梯度层，盐浓度从下而上依次降低，最上层为淡水层。太阳池中储热层中高浓度的盐溶液及盐梯度层中自下而上逐渐减小的盐梯度，在重力的作用下，阻止了整个池子的自然对流过程，所以热量不能够以对流的方式散失到表面大气中，只能以热传导的方式通过较厚的盐梯度层传递到水表面，而导热过程是相对缓慢的。这样，到达储热层的太阳辐射被以热的形式储存下来。然而，采用实际的盐梯度太阳池进行实验对于科学研究单位而言往往并不可行，原因在于：1）由于盐梯度太阳池只有在大面积应用中才有其实际意义，所以经济性能差；2）时间效率低，实际的盐梯度太阳池实验的周期很长；3）地理位置具有局限性，若采用实际的盐梯度太阳池进行实验，则其太阳能数据只能采用当地数据，不能够用于说明其他地理位置的情况。
综上所述，为了推进太阳能技术的快速发展，亟待提出一种可以有效模拟太阳能光热转换的经济性、时间效率高的实验方法，并且能够用于其它地理位置情况的实验测定。
发明内容
本发明针对以上问题，提出一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，针对所设定的地理位置和时间，较准确地模拟了盐梯度太阳池所吸收到的太阳辐射能，实现了盐梯度太阳池太阳能模拟实验的经济性、可行性、准确性、地理位置和实验设定时间可设定。
本发明的目的在于：
1）提供一种用于实验室内的模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，通过设定日期和时间，实现不同时间太阳辐射能的模拟；
2）提供一种用于实验室内的模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，通过设定地理位置（纬度和经度），实现不同地理位置的太阳辐射能模拟。
下面结合图1说明本发明的具体实现方法：
如图1所示，一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于，包括实验水槽1、盐水2、加热模块3、盐度传感器4、温度传感器5、电源6、显示终端7、PLC控制模块8、盐度反馈传输线9、功率控制传输线10、功率反馈传输线11、温度反馈传输线12；其中，实验水槽1为具有三层不同盐度分布的模拟太阳能加热盐梯度太阳池结构，即底层为浓盐水为主的储热层，储热层上层为盐度自下而上逐渐减小的盐梯度层，盐梯度层上层为淡水层即上对流层；各部分按照如下方式相互联系：
加热模块3中的加热电阻位于模拟太阳能加热盐梯度太阳池的储热层中，多个温度传感器5和多个盐度传感器4分别竖直置于实验水槽1中，温度和盐度测定数据分别通过温度反馈传输线、盐度反馈传输线反馈给PLC控制模块8，电源线上的功率测定数据通过功率反馈传输线反馈给PLC控制模块8，PLC控制模块8具有功率控制传输线与电源6相连，PLC控制模块8具有数据线与显示终端7连接，所述实验方法包括PLC控制模块对加热模块的控制流程，PLC模块对加热模块的控制流程通过如下步骤实现：
步骤一，确定盐水浊度、地理位置、加热模块在水中所处于的深度、设定的模拟日期和时间，所述地理位置采用纬度和经度进行表征；
步骤二，根据步骤一的盐水浊度、加热模块在水中所处的深度计算加热电阻所处深度位置的太阳辐射透射率；
步骤三，根据步骤一的地理位置、设定时间计算在设定的模拟日期和时间到达水平地表面的太阳辐射强度量；
步骤四，计算设定时间情况下到达加热模块所处深度处的太阳辐射能；
步骤五，根据步骤四计算结果确定所需的加热功率，通过PLC控制模块控制电源输出相应的功率。
所述的一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于：该方法还包括PLC控制模块控制系统暂停加热的程序流程，结合图2说明PLC控制模块控制系统暂停加热的程序流程按如下步骤实现：
步骤六，根据盐度测点反馈值，计算保持系统稳定性所允许的最高临界温度；
步骤七，将上步骤六计算得到的保持系统稳定性的最高临界温度与温度测点反馈值比较，如果温度测点反馈值等于或高于保持系统稳定性的最高临界温度，则通过PLC控制模块控制电源暂停加热，直至温度测点反馈值低于保持系统稳定性的最高临界温度一定值，重新开始加热，即重新启动所述的PLC控制模块对加热模块的控制流程。
此外，在具有热量提取的系统中，PLC控制模块控制系统暂停加热模块程序的启动可以由开启热量提取系统来保证系统的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1) 实验所设定的太阳辐射的日期和时间不受当地季节和时间的限制，可以灵活设定；
2) 实验所设定的太阳辐射的地理纬度不受当地纬度的限制，可以根据实验需要灵活设定；
3) 具有系统稳定性监控功能，当系统温度达到临界温度附近，暂停模拟加热，保证系统的稳定工作。
附图说明
图1系统结构示意图。
图2 加热和暂停控制方法示意图。
具体实施方式
下面结合图1和图2说明本发明的一种具体实施方法：
如图1所示，一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于，包括实验水槽1、盐水2、加热模块3、盐度传感器4、温度传感器5、电源6、显示终端7、PLC控制模块8、盐度反馈传输线9、功率控制传输线10、功率反馈传输线11、温度反馈传输线12；其中，实验水槽1为具有三层不同盐度分布的模拟太阳能加热盐梯度太阳池结构，即底层为浓盐水为主的储热层，储热层上层为盐度自下而上逐渐减小的盐梯度层，盐梯度层上层为淡水层即上对流层；各部分按照如下方式相互联系：
加热模块3中的加热电阻位于模拟太阳能加热盐梯度太阳池的储热层中，多个温度传感器5和多个盐度传感器4分别竖直置于实验水槽1中，温度和盐度测定数据分别通过数据传输线反馈给PLC控制模块8，电源线上的功率测定数据通过数据线反馈给PLC控制模块8，PLC控制模块8具有控制线与电源6相连，PLC控制模块8具有数据线与显示终端7连接。
进一步，结合图2说明PLC对加热模块的控制的具体实现方法：
步骤一，确定盐水浊度、地理位置、加热模块在水中所处于的深度、设定的模拟日期和时间；
步骤二，根据步骤一的盐水浊度、加热模块在水中所处于的深度计算所得的太阳辐射透射率；
h(z)=μe- μ z
其中，h(z)为加热电阻所处深度的太阳辐射透射率，z为加热电阻所处的深度，μ为水的浊度；
步骤三，根据步骤一的地理位置、设定的时间计算在设定的模拟日期和时间到达水平地表面的太阳辐射强度量；
I=(π/24)×(a+b cosω)×(cosω-cosω s )/(sinω s-ω s)
其中，I 为地表水平面上接受到的太阳辐射强度，W/m2；a, b—与气候和植物生长相关的修正系数，根据我国气象资料，适用于我国大多数地区的值为: a=0.248,
b=0.752；ω和ω s —分别为时角和日落时角（弧度），该值可由设定的地理纬度计算得到：ω s=arccos(-tanφtanδ), ω=2π(t-12)/24，式中，t为时间，φ为纬度；
步骤四，计算设定时间情况下到达加热模块所处深度处的太阳辐射能；
E=(1-F)×h(z)×I
其中，F被水面表层所吸收的比例；
步骤五，根据第四步计算结果确定所需的加热功率，通过PLC控制模块控制电源输出相应的功率。
进一步，结合图2说明PLC控制模块控制系统暂停加热模块程序，通过如下步骤实现：
步骤六，根据盐度测点反馈值，计算保持系统稳定性的最高临界温度；
当实验水槽中水的底面和表面温度和盐度随深度的变化满足下式条件为稳定的状况：
α×(dt/dz)≥β×(dS/dz)
其中，α是盐水的热膨胀系数，β是盐膨胀系数；S为盐度；dt为实验水槽中盐水上下层的温度差，由此求出的下层温度为最高临界温度；
步骤七，将步骤六计算得到的保持系统稳定性的最高临界温度与温度测点反馈值比较，如果温度测点反馈值等于或高于保持系统稳定性的最高临界温度，则通过PLC控制电源暂停加热，直至温度测点反馈值低于保持系统稳定性的最高临界温度一定值，重新开始加热，即重新启动如权利要求1所述的PLC控制模块对加热模块的控制流程。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于，所述模拟太阳能加热盐梯度太阳池包括实验水槽、盐水、加热模块、盐度传感器、温度传感器、电源、显示终端、PLC控制模块、盐度反馈传输线、功率控制传输线、功率反馈传输线、温度反馈传输线；其中，实验水槽为具有三层不同盐度分布的模拟太阳能加热盐梯度太阳池结构，即底层为浓盐水为主的储热层，储热层上层为盐度自下而上逐渐减小的盐梯度层，盐梯度层上层为淡水层即上对流层；各部分按照如下方式相互联系，
加热模块中的加热电阻位于模拟太阳能加热盐梯度太阳池的储热层中，多个温度传感器和多个盐度传感器分别竖直置于模拟太阳能加热盐梯度太阳池中，温度和盐度测定数据分别通过温度反馈传输线、盐度反馈传输线反馈给PLC控制模块，电源线上的功率测定数据通过功率反馈传输线反馈给PLC控制模块，PLC控制模块具有功率控制传输线与电源相连，PLC控制模块具有数据线与显示终端连接；所述实验方法包括PLC控制模块对加热模块的控制流程，PLC控制模块对加热模块的控制流程通过如下步骤实现：
步骤一，确定盐水浊度、地理位置、加热模块在水中所处于的深度、设定的模拟日期和时间，所述地理位置采用纬度和经度进行表征；
步骤二，根据步骤一的盐水浊度、加热模块在水中所处的深度计算加热电阻所处深度位置的太阳辐射透射率；
步骤三，根据步骤一的地理位置、设定的时间计算在设定的模拟日期和时间到达地表水平面上的太阳辐射强度；
步骤四，计算设定时间情况下到达加热模块所处深度位置的太阳辐射能；
步骤五，根据步骤四计算结果确定所需的加热功率，通过PLC控制模块控制电源输出相应的功率。
2.根据权利要求1所述的一种模拟太阳能加热盐梯度太阳池的实验方法，其特征在于：该方法还包括PLC控制模块控制系统暂停加热的程序流程，PLC控制模块控制系统暂停加热的程序流程按如下步骤实现：
步骤六，根据盐度测点反馈值，计算保持系统稳定性所允许的最高临界温度；
步骤七，将步骤六计算得到的保持系统稳定性的最高临界温度与温度测点反馈值比较，如果温度测点反馈值等于或高于保持系统稳定性的最高临界温度，则通过PLC控制模块控制电源暂停加热，直至温度测点反馈值低于保持系统稳定性的最高临界温度一定值，重新开始加热，即重新启动如权利要求1所述的PLC控制模块对加热模块的控制流程。
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106248729B (zh) * | 2016-08-17 | 2018-11-30 | 沈阳建筑大学 | 一种太阳池集热效率分析试验装置 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4241724A (en) * | 1978-10-23 | 1980-12-30 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method and means of preventing heat convection in a solar pond |
| US4326498A (en) * | 1980-11-05 | 1982-04-27 | Eckland John E | Solar canal |
| US4339626A (en) * | 1981-04-16 | 1982-07-13 | Varian Associates, Inc. | Solar pond power plant |
| US4452227A (en) * | 1982-06-14 | 1984-06-05 | Lowrey Iii O Preston | Active thermal storage using the ground underlying a solar pond |
| US4621612A (en) * | 1984-08-27 | 1986-11-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar pond and method of establishing the same |
| US4693304A (en) * | 1985-08-19 | 1987-09-15 | Volland Craig S | Submerged rotating heat exchanger-reactor |
| CN1374529A (zh) * | 2002-04-19 | 2002-10-16 | 清华大学 | 一种海水盐度与温度同时在线检测方法及装置 |
| CN2551992Y (zh) * | 2002-06-14 | 2003-05-21 | 清华大学 | 一种盐水浓度测量装置 |
| CN101832906A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-15 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种用于模拟淡海水交替环境的加速试验方法及装置 |
| CN102180489A (zh) * | 2011-03-07 | 2011-09-14 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 太阳池装置 |
| CN202470492U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-10-03 | 河南理工大学 | 盐梯度太阳池稳定性维护装置 |
| CN103075819A (zh) * | 2013-03-01 | 2013-05-01 | 河南理工大学 | 一种复合多孔介质盐梯度太阳池 |
| CN103265054A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-08-28 | 山西大学 | 一种强化蓄热盐梯度太阳池 |
| CN103449546A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-12-18 | 浙江省海洋开发研究院 | 一种太阳池浓海水综合利用系统 |
| CN103471983A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-12-25 | 浙江工业大学 | 人工环境中模拟海洋潮汐作用的耐久性试验装置 |
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Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4241724A (en) * | 1978-10-23 | 1980-12-30 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method and means of preventing heat convection in a solar pond |
| US4326498A (en) * | 1980-11-05 | 1982-04-27 | Eckland John E | Solar canal |
| US4339626A (en) * | 1981-04-16 | 1982-07-13 | Varian Associates, Inc. | Solar pond power plant |
| US4452227A (en) * | 1982-06-14 | 1984-06-05 | Lowrey Iii O Preston | Active thermal storage using the ground underlying a solar pond |
| US4621612A (en) * | 1984-08-27 | 1986-11-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar pond and method of establishing the same |
| US4693304A (en) * | 1985-08-19 | 1987-09-15 | Volland Craig S | Submerged rotating heat exchanger-reactor |
| CN1374529A (zh) * | 2002-04-19 | 2002-10-16 | 清华大学 | 一种海水盐度与温度同时在线检测方法及装置 |
| CN2551992Y (zh) * | 2002-06-14 | 2003-05-21 | 清华大学 | 一种盐水浓度测量装置 |
| CN101832906A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-15 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种用于模拟淡海水交替环境的加速试验方法及装置 |
| CN102180489A (zh) * | 2011-03-07 | 2011-09-14 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 太阳池装置 |
| CN202470492U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-10-03 | 河南理工大学 | 盐梯度太阳池稳定性维护装置 |
| CN103075819A (zh) * | 2013-03-01 | 2013-05-01 | 河南理工大学 | 一种复合多孔介质盐梯度太阳池 |
| CN103265054A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-08-28 | 山西大学 | 一种强化蓄热盐梯度太阳池 |
| CN103449546A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-12-18 | 浙江省海洋开发研究院 | 一种太阳池浓海水综合利用系统 |
| CN103471983A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-12-25 | 浙江工业大学 | 人工环境中模拟海洋潮汐作用的耐久性试验装置 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| 在盐梯度太阳池储热层添加锅炉渣的实验和理论研究;王华等;《太阳能学报》;20090731;第30卷(第7期);905-910 * |
| 太阳池底部加设多孔介质实验与模拟研究;史玉凤等;《大连理工大学学报》;20120131;第52卷(第1期);16-22 * |
| 水浊度和提热量对太阳池盐梯度层稳定性综合影响;王华等;《大连理工大学学报》;20110731;第51卷(第4期);512-517 * |
| 温棚太阳池模拟实验研究;肖树阳等;《盐湖研究》;20130331;第21卷(第1期);57-61 * |
| 用计算机模拟研究太阳池稳态特性及结构参数;何小荣等;《广西大学学报（自然科学版）》;19940630;第19卷(第2期);129-133 * |
| 盐梯度太阳池热性能模拟及实验研究;张红梅等;《工程热物理学报》;20060630;第27卷;65-68 * |
| 盐田太阳池实验研究;孙文策等;《大连理工大学学报》;20030331;第43卷(第2期);176-180 * |
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