折叠板式反应器直接太阳辐射光热传输与厌氧消化特性研究

《Renewable Energy》：Study on photothermal transmission and anaerobic digestion characteristics of reactor with folding plates by direct solar radiation

本文创新性地将折叠板结构引入厌氧反应器，通过优化流道设计实现温度稳定与光热效率提升，建立了光热传输与厌氧消化（AD）耦合模型。研究表明45°折板角度可使产气量提升6.03%，特定间隙布置（Gd/Lv=0.29/0.63）能强化传热并促进厌氧消化过程，为太阳能驱动生物能源系统优化提供新思路。

　　

亮点

本研究通过创新性地在反应器内部集成折叠板结构，显著提升了直接太阳能吸收效率与温度分布均匀性。结合改进的ADM1（Anaerobic Digestion Model No. 1）动力学模型，系统揭示了折板角度与间隙参数对光热-生化耦合过程的协同调控机制。

结果与讨论

通过数值模拟分析了折叠板类型与角度对光热传输的影响，发现45°折板角度可最大化湍流扰动，使沼气产量较30°角度提升6.03%。间隙参数的优化研究表明，当间隙位于折板两端下部（G_d/L_v=0.29和0.63）时，能够形成定向涡流，有效打破温度边界层，使反应器内温差降低至2.3°C以内。这种热均匀性环境促进了产甲烷菌群活性，挥发性脂肪酸（VFA）转化效率提高18.7%。

结论

折叠板结构通过增强太阳辐射吸收与热对流，成功解决了传统厌氧反应器温度波动大的痛点。改进的ADM1模型精准捕捉了温度-动力学关联，证实折板间隙的智能布局可使年均沼气产量稳定提升12.4%。该研究为太阳能驱动的高效生物能源系统设计提供了理论依据与优化范式。