微通道散热器用于菲涅尔聚光PV/T系统冷却的机理及应用

发布时间：2021-08-29 20:01

　　菲涅尔高倍聚光PV/T系统可提高电池表面的能流密度,获得更高的光电转化效率、降低光伏发电成本,但同时会产生电池温度过高,并形成长久持续的热应力,造成电池的失效或损坏,因此本文提出应用螺旋式微通道散热器冷却砷化镓（GaAs）电池,并采用高导热性能的纳米流体作为冷却工质,分析其对换热、流动及系统性能的影响。主要研究内容包括:通过两步法制备SiO2纳米流体,并对其粒径分布、Zeta电位和导热系数进行试验测量,分析纳米流体提高导热性能的影响因素及变化规律,结果表明,随着质量分数的增大、温度的升高,SiO2纳米流体导热系数逐渐变大;试验所制备的SiO2纳米流体放置12天后,质量分数在1%³%的流体团聚现象较少,导热系数的降低幅度小,其悬浮稳定性更好;通过高压微射流的纳米流体导热性能较超声波粉碎高。基于纳米流体螺旋式微通道冷却GaAs电池的物理模型,本文通过Ansys软件模拟不同粒径、不同质量分数、不同流动状态的纳米流体冷却过程,从场协同理论引入表征流场与温度场协同程度的场协同角,分析纳米流体强化换热的规律,分析结果表明,在满足冷却要求的前提下,雷诺数较小时的流场与温度场的协... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 聚光光伏冷却系统的研究现状
        1.2.1 被动式冷却
        1.2.2 主动式冷却
        1.2.3 新型冷却技术
    1.3 微通道散热器冷却性能的研究
    1.4 纳米流体冷却电池芯片的研究
        1.4.1 纳米流体的基础物性
        1.4.2 纳米流体应用于光伏发电系统
    1.5 本文研究内容及意义
第二章 纳米流体的稳定性与导热性能
    2.1 引言
    2.2 纳米流体的制备及稳定性
        2.2.1 纳米流体的制备方法
        2.2.2 纳米流体的稳定性
        2.2.3 试验仪器与设备
    2.3 制备材料与流程
        2.3.1 纳米流体的制备
        2.3.2 纳米流体的稳定性
        2.3.3 纳米流体的导热性能
        2.3.4 制备工艺对比
    2.4 本章小结
第三章 纳米流体微通道冷却场协同理论分析
    3.1 引言
    3.2 三维换热模型
        3.2.1 几何结构
        3.2.2 边界条件和材料属性
        3.2.3 控制方程的求解模型
        3.2.4 纳米流体的计算模型
        3.2.5 数值计算方法
    3.3 基本理论
        3.3.1 场协同理论概述
        3.3.2 物理机制
        3.3.3 对流换热中的应用
        3.3.4 场协同理论数值验证
        3.3.5 流动和传热的数学模型
    3.4 模拟结果与分析
        3.4.1 理论验证
        3.4.2 粒径影响
        3.4.3 雷诺数影响
        3.4.4 颗粒种类影响
    3.5 本章小结
第四章 纳米流体微通道冷却传热性能研究
    4.1 引言
    4.2 边界条件
    4.3 模拟结果与分析
        4.3.1 表面能流密度影响
        4.3.2 纳米流体质量分数影响
        4.3.3 纳米流体粘度影响
    4.4 本章小结
第五章 菲涅尔高倍聚光PV/T系统性能分析
    5.1 引言
    5.2 评价指标
    5.3 系统性能分析
        5.3.1 质量分数对系统性能的影响
        5.3.2 雷诺数对系统性能的影响
    5.4 菲涅尔高倍聚光PV/T试验装置
        5.4.1 系统简介
        5.4.2 试验方法
        5.4.3 试验结果与分析
    5.5 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-H2O纳米流体平板太阳集热器集热性能研究[J]. 郑兆志,何钦波,殷少有.  太阳能学报. 2015(03)
[2]CuO-H2O纳米流体强化换热的数值模拟[J]. 孙超杰,孙保民,钟亚峰,姜家宗.  热能动力工程. 2015(02)
[3]SiO2纳米流体在太阳能集热管中的传热特性[J]. 赵聪颖,闫素英,田瑞,史志国,仲伟浩.  农业工程学报. 2014(20)
[4]复杂结构微通道热沉液体强化传热过程的热力学分析[J]. 翟玉玲,夏国栋,刘献飞,李艺凡.  化工学报. 2014(09)
[5]非均匀热流边界条件下螺旋管内流动传热的场协同分析[J]. 崔文智,尹飞.  化工学报. 2014(S1)
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[7]纳米流体太阳能电热联产系统性能研究[J]. 骆仲泱,魏葳,王诚,肖刚,胡倩,倪明江.  能源工程. 2013(06)
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硕士论文
[1]离子液体基纳米流体的辐射特性和光热转换性能研究[D]. 张龙.华南理工大学 2015
[2]微散热器流体通道结构参数对工质流动及传热特性影响的研究[D]. 王从权.中南大学 2012
[3]基于纳米流体的直接吸收式太阳能集热系统性能研究[D]. 穆丽娟.上海电力学院 2011
[4]低倍率聚光光伏系统的性能研究[D]. 徐章禄.浙江大学 2011
[5]纳米流体导热及辐射特性研究[D]. 王辉.浙江大学 2010
[6]纳米流体对太阳能辐射选择吸收特性的研究[D]. 蔡洁聪.浙江大学 2008
[7]通道内对流换热场协同强化数值模拟研究[D]. 赵丽华.北京工业大学 2005



本文编号：3371290