面向太阳能低温集热的纳米流体光热转换特性研究

发布时间：2019-09-13 18:13

【摘要】：纳米流体是在常规液体里添加纳米级颗粒或纤维后形成的新型流体,可有效改变基液的传热特性和光学性质,在太阳能领域具有广阔的应用前景。本文利用两步法制备了碳纳米管-水、氧化铜-水、氧化铜/碳纳米管-水和含相变微胶囊的碳纳米管-乙醇水溶液四种类型纳米流体。利用分光光度计测试其透射率,研究分析各参数对纳米流体稳定性的影响,并通过室内外闷晒实验系统地研究了纳米流体的光热转换特性。主要研究结果表明:(1)当碳纳米管质量分数为0~0.01%时,其透射率随着质量分数的增大而降低;继续增大质量分数,透射率几乎保持不变,因此本文将0.01wt%视为饱和浓度。氧化铜-水纳米流体的透射率随着质量分数(0~0.25%)的增加而下降,且添加碳纳米管后可显著降低同浓度下氧化铜-水纳米流体的透射率。(2)室内闷晒实验发现碳纳米管-水纳米流体的最佳光热转化的质量浓度为0.01%,光照45分钟后最佳浓度下的纳米流体温升与水相比提高了约15.1℃。另外,较低浓度纳米流体的光热转换性能随光照次数的增加而提高,但浓度较高时则相反。(3)室内实验发现氧化铜-水纳米流体的光热转换性能随氧化铜浓度的增大而增强,单层玻璃管内氧化铜-水纳米流体与纯水的最高温差约6.0℃,双层真空玻璃管则升高至9.2℃。同时,纳米流体温度随着光程的增大而减小。在1 cm光程处,相同时刻纳米流体的温度随着浓度的增大而升高;而在9 cm处,纳米流体温度变化则与之相反。在1 cm处,光照45分钟时纳米流体与水的温差最大约6.8℃,集热效率最大且提升30.4%。(4)当氧化铜质量分数为0.01%和0.025%时,混合纳米流体温度随着碳纳米管质量分数的增大而升高;当氧化铜质量分数为0.05%、0.1%和0.25%时,混合纳米流体温度随着碳纳米管质量分数的增大先升后降。在碳纳米管纳米流体中加入相变微胶囊会削弱混合纳米流体的光吸收性能,且该混合纳米流体的温升速度随着相变微胶囊质量分数的增大而减小。(5)室外实验发现温度变化过程可分为快速升温、缓慢升温至稳态和降温三个阶段。实验所用的三种纳米流体均存在最佳质量浓度,碳纳米管纳米流体为0.01%,与室内实验一致;氧化铜纳米流体为0.1%,混合纳米流体为碳纳米管0.005%+氧化铜0.05%,均与室内实验结果不一致。这与室内实验光照时间短、模拟太阳光和真实太阳光存在一定差别有关。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

【参考文献】