納米流體的輻射特性及其在太陽(yáng)能熱利用中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)化石能源的大量使用所帶來(lái)的環(huán)境危害也得到了越來(lái)越多的關(guān)注。太陽(yáng)能作為可再生清潔能源蘊(yùn)藏著巨大能量，是最豐富的可再生資源，并且分布廣泛，清潔無(wú)污染。因而對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用，太陽(yáng)能材料及相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)在全世界范圍都引起了廣泛的重視。太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)即以太陽(yáng)能作為熱源產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的熱發(fā)電技術(shù)。
　　納米流體是指將尺度在100nm以下的微小顆粒均勻穩(wěn)定的分散在基液中形成的穩(wěn)定的懸濁液。關(guān)于納米流體強(qiáng)

2、化傳熱特性研究者們已開(kāi)展了大量的相關(guān)研究工作，而本文主要著眼于納米流體的輻射特性及其在太陽(yáng)能熱利用中的應(yīng)用，尤其是在聚光式太陽(yáng)能集熱器中的應(yīng)用。
　　本文首先采用兩步法制備了多種油基納米流體樣品，通過(guò)機(jī)械攪拌、超聲震蕩，以及添加分散劑等方法改善流體中顆粒的分散性和流體的穩(wěn)定性。采用馬爾文激光粒度儀對(duì)流體中團(tuán)聚體的等效粒徑進(jìn)行測(cè)量以表征顆粒的分散程度。
　　在制備得到較為穩(wěn)定的納米流體樣品基礎(chǔ)上，對(duì)流體樣品的輻射特性開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)

3、和理論的研究工作。試驗(yàn)方面，本文采用分光光度計(jì)測(cè)試了不同材料、不同尺度、不同濃度納米顆粒的添加，以及不同厚度液層等參數(shù)對(duì)流體樣品表征透射率的影響。理論方面，本文通過(guò)比對(duì)獨(dú)立散射近似(Isotropicscatteringapproximation)，有效場(chǎng)近似(Effectivefieldapproximation)，半晶體近似(QuasicrystalineApproximation)，F(xiàn)edorovandViskanta's基于米氏

4、理論的優(yōu)化模型(FV)，以及YinandPilon's基于近場(chǎng)近似和遠(yuǎn)場(chǎng)近似的優(yōu)化模型(YP)等五個(gè)近似模型對(duì)計(jì)算摻雜介質(zhì)的有效散射因數(shù)和有效吸收因數(shù)的適用性，在考慮顆粒對(duì)輻射的吸收和散射的同時(shí)，考慮基液對(duì)輻射的部分吸收所帶來(lái)的影響，并為了適用于散射波之間存在干涉效應(yīng)的濃度較高的摻雜介質(zhì)輻射特性計(jì)算，本文優(yōu)化并提出了QCA'模型用以計(jì)算納米流體工質(zhì)的輻射特性參數(shù)。
　　依據(jù)直接吸收概念，本文設(shè)計(jì)并搭建了納米流體直接吸收式太陽(yáng)能集熱

5、器模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)。在計(jì)算得到納米流體工質(zhì)的輻射特性參數(shù)基礎(chǔ)上，求解輻射傳遞方程，分析了納米流體樣品中的輻射傳遞。通過(guò)耦合介質(zhì)內(nèi)的熱傳導(dǎo)，以及邊界上的熱對(duì)流，本文建立了納米流體直接吸收式太陽(yáng)能集熱器的能量平衡模型。并依據(jù)模型分析了采用不同循環(huán)工質(zhì)、不同入口流速、不同入射輻射強(qiáng)度，以及不同幾何尺寸等不同工況參數(shù)對(duì)集熱器內(nèi)溫度分布、出口溫度，及光熱轉(zhuǎn)換效率的影響。在模型分析的同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了采用納米流體工質(zhì)對(duì)集熱器光熱轉(zhuǎn)換效率的提升，采用納米