Au纳米流体的制备及其光热转换特性研究

发布时间：2017-08-06 23:24

  本文关键词：Au纳米流体的制备及其光热转换特性研究

  更多相关文章： Au纳米颗粒 太阳能利用 光热转换 等离激元共振

【摘要】：太阳辐射作为地球上能量的主要来源,提高太阳能的利用效率能够有效地缓解全球能源危机。目前,太阳能的吸收与利用主要有:光量子转换和光热转换,这两种转换方式的首要环节都需要强化工质对太阳能的吸收性能。通过添加纳米颗粒到基液中,能够显著地提高工质的辐射吸收性能,从而提高工质的光热转换效率。Au纳米颗粒由于具有较高的电导率和热导率、良好的稳定性以及在较宽波长范围内能够产生较强的等离激元共振等优点,成为等离激元共振应用中最重要的金属之一,并且其光热转换特性能够应用在热控制、生物医药、激光技术以及量子计算机等各个方面。本课题在国内外有关纳米流体的制备以及光热转换特性研究现状的基础上,以Au纳米流体为主要研究对象,结合实验方法和数值模拟研究在直接吸收式太阳能集热器中等离激元Au纳米流体的光热转换特性。主要研究内容如下:采用种子生长法,探讨Au纳米颗粒的可控制备。重点研究该反应过程中,种子溶液、生长溶液和生长次数等反应条件对合成Au纳米颗粒的影响。基于化学反应动力学的相关理论,探讨Au纳米颗粒的生长规律。针对Au纳米流体的稳定性,从其光热转换应用角度考虑,将重点考虑Au纳米流体的体积分数、温度以及时间等因素对其稳定性的影响。采用紫外-可见分光光度计监控Au颗粒浓度的变化来评价Au纳米流体的稳定性。通过搭建光热转化实验台,测试纳米流体光热转换特性。主要研究纳米颗粒的尺寸、材料等因素对太阳能集热器工质温升特性的影响。讨论相关参数对Au纳米流体的光热转换效率及装置效率的影响,获得Au纳米流体在直接吸收式太阳能集热器中的光热转换特性及规律。最后,基于瑞利散射近似,辐射传递方程和能量守恒方程计算一维直接吸收式太阳能集热器的光热转换特性。主要研究颗粒的种类、浓度、尺寸形貌、光强以及装置参数等因素对集热器效率的影响。
【关键词】：Au纳米颗粒 太阳能利用 光热转换 等离激元共振
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.123;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 物理量名称及符号表9-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题研究的背景和意义10-13
• 1.2 国内外研究现状及分析13-21
• 1.2.1 纳米流体制备研究现状13-18
• 1.2.2 纳米流体光热转换研究现状18-20
• 1.2.3 国内外文献综述简析20-21
• 1.3 本文主要研究内容21-23
• 第2章 Au纳米颗粒的制备23-42
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-26
• 2.2.1 实验试剂23
• 2.2.2 Au纳米颗粒的制备23-25
• 2.2.3 Au纳米颗粒表征25-26
• 2.3 实验结果与讨论26-41
• 2.3.1 种子溶液中HAuCl_4浓度对Au纳米颗粒的影响26-31
• 2.3.2 种子溶液添加量对Au纳米颗粒的影响31-33
• 2.3.3 种子溶液制备方法对Au纳米颗粒的影响33-36
• 2.3.4 生长溶液中抗坏血酸溶液浓度对Au纳米颗粒的影响36-38
• 2.3.5 生长次数对Au纳米颗粒的影响38-40
• 2.3.6 Au纳米颗粒生长机制分析40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 Au纳米流体的稳定性测量42-49
• 3.1 引言42
• 3.2 实验原理及步骤42-44
• 3.2.1 实验原理42-43
• 3.2.2 实验过程43-44
• 3.3 实验结果与讨论44-48
• 3.3.1 颗粒尺寸对Au纳米流体稳定性的影响44-45
• 3.3.2 表面活性剂浓度对Au纳米流体稳定性的影响45-46
• 3.3.3 温度对Au纳米流体稳定性的影响46
• 3.3.4 稳定性机制分析46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 Au纳米流体光热转换特性实验研究49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 实验装置49-52
• 4.2.1 实验装置设计49-51
• 4.2.2 Au纳米流体的制备与表征51-52
• 4.3 实验结果与讨论52-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 Au纳米流体光热转换特性数值计算57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 计算模型57-62
• 5.2.1 数学模型57-61
• 5.2.2 初始条件和边界条件61
• 5.2.3 求解方法61-62
• 5.3 计算结果与讨论62-67
• 5.3.1 工质温度分布特点62-63
• 5.3.2 颗粒体积分数对集热效率的影响63
• 5.3.3 集热器深度对集热效率的影响63-64
• 5.3.4 照射时间对集热效率的影响64-65
• 5.3.5 辐射强度对集热效率的影响65
• 5.3.6 颗粒材料对集热效率的影响65-67
• 5.4 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-78
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果78-81
• 致谢81

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本文编号：631931