氧化銅選擇性吸收涂層的制備及在微尺度通道太陽(yáng)能集熱器上的應(yīng)用

【摘要】：太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源,已經(jīng)受到了全球?qū)W者的關(guān)注。本文對(duì)太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換設(shè)備,即太陽(yáng)能集熱器的性能做出了分析,并從選擇性吸收涂層和集熱器結(jié)構(gòu)改造兩個(gè)方面提高集熱器熱性能。選擇性吸收涂層種類(lèi)以及制備方法繁多,其中氧化銅選擇性吸收涂層在平板集熱器運(yùn)用較為廣泛,涂料型涂層操作工藝簡(jiǎn)單,成本較低,適合商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),溶膠-凝膠型涂層成分均一,制作周期短,本課題將采用這兩種方法制備氧化銅選擇性吸收涂層,分析涂層的紅外透光性、涂層厚度和原料配比對(duì)光學(xué)性能的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),涂料法與溶膠-凝膠法制備出的氧化銅選擇性吸收涂層光學(xué)性能不相上下,涂料型涂層操作簡(jiǎn)單,更適用于平板集熱器上,同時(shí)涂料型涂層耐溫性以及耐摩擦性優(yōu)于溶膠-凝膠涂層。以氧化銅為功能粉體,有機(jī)硅樹(shù)脂為粘接劑,涂層厚度為10μm時(shí),吸收率為0.87,發(fā)射率為0.32。平板式集熱器工藝簡(jiǎn)單、成本低、可承壓,深受世界各國(guó)的歡迎。目前,平板集熱器的流道尺寸較大,在較短時(shí)間內(nèi)很難使水達(dá)到我們所需的溫度,進(jìn)出口溫差較小,導(dǎo)致熱損失大,熱效率低。為了解決這些問(wèn)題,本課題采用了一種微尺度通道平板集熱器。微尺度流道取最佳尺寸為0.7 mm,空氣夾層最佳間距為17mm。用噴涂機(jī)將制備的氧化銅選擇性涂層涂敷在吸熱板上,研究集熱器的熱性能。本文先用理論分析了集熱器的能量分布、熱效率、單位板長(zhǎng)升溫速率等熱性能方面,再用實(shí)驗(yàn)分析微尺度集熱器熱性能與流量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),頂部熱損失占總熱損失主要部分,集熱器瞬時(shí)效率與流體流量成正比,單位板長(zhǎng)升溫速率與流體流量成反比。微尺度通道集熱器對(duì)流傳熱系數(shù)是宏觀尺度流道集熱器的10倍多,平均傳熱溫差只有宏觀尺度平板集熱器的3%左右,單位板長(zhǎng)升溫速率是宏觀尺度集熱器的50倍左右。微尺度通道集熱器熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通集熱器。 【關(guān)鍵詞】：氧化銅吸收涂層 吸收率 微尺度 熱效率 單位板長(zhǎng)升溫速率
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ630.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 主要符號(hào)表11-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 前言14-15
• 1.2 太陽(yáng)能選擇性吸收涂層15-19
• 1.2.1 太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的分類(lèi)15-17
• 1.2.2 太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法17-19
• 1.3 太陽(yáng)能集熱器19-23
• 1.3.1 太陽(yáng)能集熱器的分類(lèi)19-21
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外平板集熱器的研究情況21-23
• 1.4 微尺度流道的傳熱研究23-25
• 1.4.1 微尺度概念23-24
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀24
• 1.4.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀24-25
• 1.5 本課題的提出及研究意義25
• 1.6 本章小結(jié)25-27
• 第二章 氧化銅選擇性涂層的研究27-45
• 2.1 前言27
• 2.2 太陽(yáng)能選擇性吸收涂層原理27-31
• 2.2.1 普朗克（Plank）定律27
• 2.2.2 維恩位移定27-28
• 2.2.3 斯蒂芬-玻爾茲曼（Stefan-Boltzmann)定律28-29
• 2.2.4 克希霍夫（Kirchhoff)定律29
• 2.2.5 太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的基本原理29
• 2.2.6 吸收率與發(fā)射率29-31
• 2.3 涂料法研制氧化銅選擇性涂層31-33
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)藥品以及儀器31-32
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟32-33
• 2.4 涂層性能性能的檢測(cè)33-39
• 2.4.1 傅里葉紅外光譜分析33-34
• 2.4.2 差熱-熱重分析34-36
• 2.4.3 涂層厚度對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響36-37
• 2.4.4 吸收粉體與粘接劑的配比對(duì)光學(xué)性能的影響37-38
• 2.4.5 涂層的耐溫性能38-39
• 2.5 溶膠法研制氧化銅-氧化鋁選擇性涂層39-43
• 2.5.1 材料的選擇39-40
• 2.5.2 制備方法40
• 2.5.3 CuO-Al2O3 溶膠形成機(jī)理40
• 2.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-43
• 2.6 本章小結(jié)43-45
• 第三章 微尺度平板集熱器45-52
• 3.1 微尺度平板集熱器的構(gòu)造45-51
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹45
• 3.1.2 吸熱板45-46
• 3.1.3 保溫層46
• 3.1.4 集熱器安裝方位與傾斜角46-47
• 3.1.5 透明蓋板47
• 3.1.6 微尺度通道尺寸的選擇47-49
• 3.1.7 空氣夾層間距的確定49-51
• 3.2 小結(jié)51-52
• 第四章 涂層在集熱器的性能研究52-72
• 4.1 前言52
• 4.2 集熱器熱性能理論分析52-57
• 4.2.1 集熱器能量守恒方程52-53
• 4.2.2 集熱器的熱損失53-56
• 4.2.3 集熱器效率56-57
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分57-58
• 4.3.1 引言57
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖57
• 4.3.3 測(cè)試儀器儀表以及測(cè)試點(diǎn)的選擇57-58
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析58-71
• 4.4.1 能量的分布60-62
• 4.4.2 集熱器效率以及總熱損失系數(shù)62-64
• 4.4.3 集熱器單位板長(zhǎng)升溫速率的比較64-66
• 4.4.4 宏觀尺度與微尺度流道集熱器對(duì)比66-67
• 4.4.5 誤差分析67-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 攻讀碩士期間取得的研究成果79-80
• 致謝80-81
• 附件81

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氧化銅選擇性吸收涂層的制備及在微尺度通道太陽(yáng)能集熱器上的應(yīng)用    張青

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