以納米流體為工質(zhì)的自然循環(huán)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)研究

【摘要】：納米流體與太陽(yáng)能熱發(fā)電是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一,本文將太陽(yáng)能槽式集熱器與熱管技術(shù)結(jié)合,以水和納米流體做為換熱工質(zhì),設(shè)計(jì)、搭建了以納米流體為工質(zhì)的自然循環(huán)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)功率為50KW,采用熱管技術(shù)產(chǎn)生0.5-0.8MPa的飽和蒸汽。 為了獲得穩(wěn)定、高效的換熱工質(zhì),對(duì)納米流體的穩(wěn)定性和換熱特性進(jìn)行了研究。本文采用布朗動(dòng)力學(xué)模擬的方法,對(duì)影響穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了分析,模擬考慮了顆粒的聚合和沉淀之間相互作用對(duì)穩(wěn)定性的影響,著重分析了納米顆粒直徑、顆粒體積分?jǐn)?shù)、zeta電位對(duì)穩(wěn)定性的影響,利用顆粒體積分?jǐn)?shù)空間分布的脈動(dòng)強(qiáng)度和脈動(dòng)平整度表征了顆粒群的分布和顆粒聚合的程度,定量評(píng)價(jià)了顆粒的聚合效應(yīng)。 納米流體自然對(duì)流換熱特性的研究分別采混合模型和歐拉-拉格朗日方法,模擬采用不可壓縮的Navier-Stokes方程進(jìn)行求解,納米顆粒受力主要考慮阻力、重力、布朗力、熱泳力等在微觀尺度及實(shí)驗(yàn)中證實(shí)起主要作用的力,采用拉格朗日方法跟蹤實(shí)際顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡,采用雙向耦合方面考慮了納米顆粒與流體之間動(dòng)量耦合以及能量的耦合,做到了微觀層次上反映納米顆粒與流體之間的相互作用。 在廊坊中科院實(shí)驗(yàn)基地建立了自然循環(huán)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng),系統(tǒng)采用槽式線聚焦,東西方向單軸跟蹤,鏡面采用FLABEG反射鏡面,集熱器為自主設(shè)計(jì)的同軸套管式集熱管,利用熱管技術(shù)將熱量傳輸給蒸發(fā)器,通過控制蒸發(fā)器壓力,得到符合規(guī)定參數(shù)的蒸汽。對(duì)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的啟動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,通過實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)可以穩(wěn)定產(chǎn)生蒸汽,在0.5MPa時(shí)以水為換熱工質(zhì),測(cè)得系統(tǒng)效率為35.04%。對(duì)于納米流體應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究,實(shí)測(cè)得可以強(qiáng)化換熱7%。對(duì)影響太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)效率的影響因素進(jìn)行了分析,在本系統(tǒng)中,影響系統(tǒng)效率最大的是由于太陽(yáng)入射角及集熱器邊緣損失及系統(tǒng)回路的散熱損失。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能熱利用 熱管 納米流體 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 主要符號(hào)表10-13
• 第1章 緒論13-35
• 1.1 研究背景13
• 1.2 太陽(yáng)能熱電及熱利用技術(shù)發(fā)展13-15
• 1.3 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)15-16
• 1.4 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)核心技術(shù)和部件以及目前發(fā)展趨勢(shì)16-21
• 1.5 槽式太陽(yáng)能技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論進(jìn)展21-25
• 1.6 熱管在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的應(yīng)用25-26
• 1.7 納米流體強(qiáng)化換熱特性及在太陽(yáng)能中應(yīng)用研究現(xiàn)狀26-33
• 1.8 本文的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)33-35
• 第2章 納米流體穩(wěn)定性分析35-47
• 2.1 穩(wěn)定性分析數(shù)值模型35-38
• 2.2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果38-46
• 2.3 本章小結(jié)46-47
• 第3章 納米流體方腔自然對(duì)流換熱數(shù)值模擬47-70
• 3.1 混合模型數(shù)學(xué)模型47-50
• 3.2 數(shù)值分析50-57
• 3.3 DPM數(shù)學(xué)模型57-60
• 3.4 數(shù)值分析60-68
• 3.5 本章小結(jié)68-70
• 第4章 50kW自然循環(huán)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)70-89
• 4.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)70-72
• 4.2 自然循環(huán)集熱系統(tǒng)主要核心結(jié)構(gòu)72-84
• 4.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測(cè)量方案84-88
• 4.4 本章小結(jié)88-89
• 第5章 自然循環(huán)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及效率分析89-121
• 5.1 太陽(yáng)能集熱器自然循環(huán)特點(diǎn)89-97
• 5.2 不同工況條件下自然循環(huán)系統(tǒng)工作特性97-103
• 5.3 影響系統(tǒng)集熱效率因素103-113
• 5.4 納米流體在自然循環(huán)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的換熱特性實(shí)驗(yàn)探索113-120
• 5.5 本章小結(jié)120-121
• 第6章 全文總結(jié)與展望121-123
• 6.1 本文的創(chuàng)新點(diǎn)121-122
• 6.2 展望122-123
• 參考文獻(xiàn)123-134
• 作者簡(jiǎn)歷134

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