基于納米流體的直接吸收式太陽能集熱系統(tǒng)性能研究

【摘要】：由于納米顆粒的存在,納米流體體現(xiàn)出與基液不同的熱輻射特性和傳熱特性,這也使得納米流體在太陽能利用中有著良好的應(yīng)用前景,成為一種新型高效的太陽輻射吸收材料。基于納米流體的優(yōu)異光譜吸收性能和熱輸運性能,將納米流體用作直接吸收式太陽能集熱器的吸收介質(zhì),可以提高集熱器熱效率,實現(xiàn)太陽能的高效利用。 本文主要目的是通過研究納米流體的輻射特性,對以納米流體為工質(zhì)的直接吸收式太陽能集熱系統(tǒng)性能展開研究和評價,從而找到一種適合作工質(zhì)的納米流體來提高太陽能熱利用率。本文以納米流體的制備和穩(wěn)定性為基礎(chǔ),研究了SiO_2納米流體、TiO_2納米流體和ZrC納米流體的熱輻射特性。研究發(fā)現(xiàn)SiO_2、TiO_2納米流體對太陽輻射表現(xiàn)為選擇吸收,ZrC納米流體基本呈現(xiàn)全吸收特性。 在此基礎(chǔ)上,本文從實驗和理論分析的角度,對基于納米流體的直接吸收式太陽能集熱系統(tǒng)的熱性能進行了研究和分析。分別測試了納米流體的悶曬溫度和循環(huán)溫升,結(jié)果發(fā)現(xiàn)ZrC納米流體的悶曬溫度和循環(huán)溫升最高,SiO_2納米流體最低,且流體溫升隨流量的增大而降低。而后,本文又對基于納米流體的直接吸收式太陽能集熱器進行了理論分析,建立了傳熱模型,分析了太陽輻射在納米流體中的輻射傳遞過程和熱傳遞過程,通過計算得到了納米流體的消光系數(shù)、液膜中的內(nèi)熱源分布、溫度場分布以及系統(tǒng)熱效率。計算結(jié)果表明,TiO_2納米流體的消光系數(shù)比SiO_2納米流體大;ZrC納米流體作用的集熱系統(tǒng)熱效率最高,TiO_2納米流體次之,SiO_2納米流體的集熱系統(tǒng)熱效率最低?？梢?ZrC納米流體更適合作太陽輻射吸收介質(zhì),能更好地提高系統(tǒng)效率。 【關(guān)鍵詞】：納米流體 直接吸收 太陽能集熱 輻射特性 熱效率
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 緒論13-22
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 研究目的及意義15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 納米流體的制備方法15-17
• 1.3.2 納米流體的穩(wěn)定性17-18
• 1.3.3 納米流體的輻射特性18-20
• 1.3.4 納米流體在集熱器中的應(yīng)用20
• 1.4 課題研究內(nèi)容20-22
• 2 納米流體制備及穩(wěn)定性分析22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 納米流體制備22-26
• 2.2.1 試劑及儀器22-23
• 2.2.2 納米流體制備過程及結(jié)果23-26
• 2.3 納米流體的表征26-30
• 2.3.1 表征方法26-27
• 2.3.2 測試結(jié)果及討論27-30
• 2.4 溫度對納米流體穩(wěn)定性的影響30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 3 納米流體熱輻射特性研究33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 輻射基本理論33-37
• 3.2.1 單個粒子的輻射特性34-35
• 3.2.2 粒子系的輻射特性35-37
• 3.3 裝置及測量原理37-42
• 3.3.1 常規(guī)透射率測量裝置及原理37-38
• 3.3.2 半球透射率、反射率測量裝置及原理38-42
• 3.4 常規(guī)透射率測量結(jié)果42-45
• 3.4.1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響42-43
• 3.4.2 粒徑的影響43-44
• 3.4.3 光程的影響44-45
• 3.5 半球透射率和半球反射率45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 4 直接吸收式太陽能集熱系統(tǒng)性能實驗研究49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 實驗系統(tǒng)方案49-55
• 4.2.1 實驗儀器及測量方法52-54
• 4.2.2 實驗誤差分析54-55
• 4.3 實驗結(jié)果及分析55-58
• 4.3.1 循環(huán)實驗結(jié)果55-57
• 4.3.2 悶曬實驗結(jié)果57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 5 直接吸收式太陽能集熱系統(tǒng)熱性能模擬計算59-72
• 5.1 引言59
• 5.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型59-62
• 5.2.1 納米流體輻射傳遞模型60-61
• 5.2.2 集熱器傳熱模型61-62
• 5.3 模擬結(jié)果62-69
• 5.3.1 輻射傳遞模型計算結(jié)果62-65
• 5.3.2 傳熱模型計算結(jié)果65-69
• 5.4 模擬值與實驗值對比69-71
• 5.4.1 輻射特性模擬值與實驗值對比69-70
• 5.4.2 熱性能參數(shù)模擬值與實驗值對比70-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 6 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻74-77
• 附錄1 技術(shù)路線圖77-78
• 附錄2 程序代碼78-82
• 附錄3 離散、能量方程推導(dǎo)82-83
• 致謝83-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果84

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