张富强，孟祥睿，魏新利

（郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001）

温度对沼气池内发酵有着重要的影响[1]，我国的北方地区冬季的温度较低，由于保温等因素，影响了甲烷菌的活性，导致了沼气池的产气量不足或几乎不产气等问题[2]。沼气池在设计过程中，建造沼气池壁一般选用材料为钢筋混凝土，这对沼气池散热量的影响很大。2007年有研究者提出将一种发泡水泥用于建造沼气池[3]，该种材料在许多性能上要优于钢筋混凝土（导热系数小、密度小等）。也有研究者利用Fluent对有无使用该材料以及不同厚度时，对沼气池的散热量和内部温度场的影响进行了研究[4]。针对这些问题，笔者以郑州地区的气象条件为参数，结合当地的可再生能源加热沼气池，使用Fluent软件对沼气池的不同材料、不同厚度的保温层及沼气池内部温度场的数值进行了模拟，旨在为沼气池节能研究提供依据。

1 物理数学模型

1.1 物理模型

笔者以一个年出栏数2 000头的养猪场为例，按照规模化养猪场各猪群的比例[5-7]，将1 d排放的粪污全部处理，建造的沼气池的体积大约134.6 m3。经计算得到沼气池的半径为3.5m，高度为3.5 m。沼气池处于土壤下，仅考虑其与土壤的传热，计算的区域以沼气池的中心圆心，半径为15m。沼气池将热量传给土壤，土壤将能量散到大气中。结合实际情况进行简化模型（图1），将发泡水泥的厚度分别取为250、300、350、400mm，钢筋混凝土外壁为250mm，进行模拟计算。

图1 沼气池简化后模型

1.2 数学模型

土壤之间的传热是一个复杂的传热问题。……