盐梯度太阳池是一种自上而下盐度逐渐增大的盐水池,用于收集和储存太阳能并作为热源加以利用。作为太阳能热利用的一种方式,太阳池具有结构简单、造价低廉、对环境污染很小等优点而引起了国内外一些新能源专家学者的研究兴趣。本文以太阳池的研究为背景,通过实验测量、理论分析、数值模拟等手段对影响太阳池性能的各个因素进行了较为全面、系统的研究,为其将来的实用化提供进一步的理论基础。主要的研究内容和成果包括以下几个方面：对实际太阳池的灌注与维护过程中的水体从两方面进行了研究：一是盐度方面,即灌注和盐梯度维护过程中浓盐溶液的来源以及太阳池运行中盐梯度的维护；二是浊度方面,即太阳池的初始降浊及浊度控制方面的研究。盐度方面,测量了盐水的比蒸发系数并拟合出盐水蒸发方程,同时对为太阳池提供浓盐溶液的附加蒸发池所需的面积及浓缩时间进行了模拟,对课题中实际构建的太阳池,附设蒸发池面积取100m2,池水深度为10-15cm时最佳。在盐梯度的维护过程中,利用的补盐方法为：将下对流层的溶液泵取出来,再溶解一定量的盐,然后把加浓的盐溶液再重新泵回到太阳池的下对流层,另外为保证太阳池非对流层的稳定性在盐梯度维护过程中不受到破坏,本课题中向外泵取底层溶液时流量不能高于0.15×10-3m3/s,而补充浓盐溶液时流量不能高于0.1×10-3m3/s。浊度方面,根据海水、海水淡化剩余浓盐水、制盐剩余苦卤溶液的不同特性采用不同的初始降浊方法,并根据太阳池内水体浊度变化特性,采取用制盐剩余苦卤溶液灌注太阳池底层,经过不同程度浓缩和稀释的海水淡化剩余浓盐水灌注太阳池中部。对于浊度的维护,通过实验发现让太阳池隔绝空气72小时以上可以明显的降低影响池子浊度的卤虫数量及藻类含量。另外通过在太阳池底添加鹅卵石层的实验发现,在太阳池的底层添加鹅卵石层不仅可以降低盐的向上扩散,还对补盐过程中由于池水扰动而造成的浊度增大有明显的抑制作用。根据实验数据验证了W.S.模型在小浊度范围0<θ<5.0ntu的准确性,计算了当太阳池内水体浊度不均匀分布时的辐射透射率,并从光学和热力学两个角度对结果进行了分析。模拟了不同浊度分布情况下太阳池储热层温度及各层的热效率,结果表明当池水浊度在垂直方向上的平均浊度相同时,浊度分布自上而下线性递增情况下,储热层的温度和热效率明显较高。另外降雨是造成太阳池浊度增大最主要的因素,本文提出一种防止雨水直接进入太阳池,并收集雨水经过处理后作为淡水重新利用到太阳池表层的方法。在海边构建小型实验太阳池来研究储热层热性能。海水的涨潮落潮会渗流到池底沙层内并带走储热层热量,而在太阳池底层添加鹅卵石层则可以抑制储热层热量的损失；在海边构建的太阳池嵌入到沙子内部并且不受波浪影响,与外界海水没有质量交换,因此在太阳池稳定性和池体结构安全性方面也是可行的；另外从经济性方面分析在海边构建太阳池可以节约大量土地资源,比普通太阳池更为经济。表面水体结冰是许多太阳池冬季容易发生的现象,而对于这一部分的研究无论是国内还是国外都比较欠缺。本文进行小型模拟实验测量了盐水结冰后的盐度分配情况和冰层的辐射透射率。在太阳池的模拟计算中加入了冬季结冰子程序,完善了太阳池的长期连续性的研究,模拟过程更加符合太阳池的实际情况。首先,冰的增长和消融过程对盐梯度的维护有积极影响：冰的增长-消融使得表层盐分向下排出,抑制了由于太阳池盐扩散引起的上对流层盐度的增加,从而有效地维持了盐梯度太阳池的稳定性；其次,从热性能方面分析：虽然冰层降低了太阳辐射在池内的透射率,抑制了辐射能的向下传递,但是冰层的覆盖增加了池子表面的热阻,并且结冰过程中还有相变潜热的释放。根据模拟,在考虑和不考虑冰层两种情况下,储热层的最大温差出现在冬季太阳池热量散失过程中,结冰第一年最大温差值可达到5℃,总体来说,在不考虑结冰过程中冰内掺杂的尘土等杂质或是表面有积雪覆盖时,冰层的存在还是有利于冬季太阳池温度的保持。