选择性热辐射器微结构表面的辐射特性及优化研究

发布时间：2021-05-10 14:42

　　近年来,随着化石资源的大量消耗以及由此带来的环境问题日益突出,寻找清洁可替代的新能源、回收利用余热以及提高能量的转换效率,来减少对传统能源的过度依赖,成为当前急需面对的问题。热光伏（TPV）系统作为一种有效的能量转换设备,可以充分利用余热发电,减少损失,提高转换效率,有潜力成为解决这一问题的最佳方案之一。但由于TPV系统中热辐射器的发射光谱与光伏电池的吸收光谱间不匹配,严重限制了其性能。而微结构表面具有独特的光谱选择控制特性,其可作为有效选择性热辐射器应用于TPV系统中,来提高光伏电池的发电效率,为此本文提出了不同类型的二维周期微结构,对微结构辐射特性进行深入研究,并利用遗传算法对提出的微结构几何参数进行优化。本文通过时域有限差分（FDTD）法对钨和三氧化二铝组成的二维周期微结构表面热辐射器的光谱辐射特性开展研究。首先针对单一光栅结构,在选定的几何结构参数下改变单一变量,分析不同周期,光栅宽度,光栅高度以及介质层厚度对微结构光谱辐射特性的影响,发现几何参数可以影响光谱发射率、辐射峰值的位置以及辐射带宽等。对不同谐振峰下的辐射特性进行分析表明结构高发射率特性可归为激发了磁共振、表面等离激... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 微结构热辐射光谱控制特性的研究进展
        1.2.2 微结构热辐射光谱控制在热光伏系统中的应用
    1.3 本文主要内容
2 微结构热辐射特性的数值方法
    2.1 Maxwell方程组
        2.1.1 时域Maxwell微分方程组
        2.1.2 热辐射传递的能流密度
    2.2 时域有限差分法(FDTD)
        2.2.1 FDTD方法基本原理
        2.2.2 数值稳定性分析
        2.2.3 边界条件选择
    2.4 本章小结
3 微结构表面选择性热辐射器辐射特性的研究
    3.1 热辐射器物理模型和数值研究方法
    3.2 单一二维周期光栅微结构辐射特性研究
        3.2.1 几何参数对单一光栅结构发射率的影响
        3.2.2 单一光栅结构辐射增强特性分析
    3.3 复合二维周期微结构表面辐射特性研究
        3.3.1 复合二维结构的光谱发射率
        3.3.2 复合二维周期结构辐射增强特性分析
        3.3.3 不同偏振状态下不同极角复合结构的发射率
    3.4 本章小结
4 基于遗传算法的选择性热辐射器微结构表面优化设计
    4.1 热光伏系统的理论模型
        4.1.1 热辐射器
        4.1.2 光伏电池
        4.1.3 TPV系统
    4.2 遗传算法优化热辐射器几何结构参数
        4.2.1 遗传算法简介
        4.2.2 基于遗传算法对微结构优化方法设计
        4.2.3 优化结果及分析
    4.3 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一维光子晶体热辐射光谱控制模拟研究[J]. 刘广平,宣益民,韩玉阁,李强.  工程热物理学报. 2007(03)
[2]热光伏技术基本原理与研究进展[J]. 陈雪,宣益民.  半导体光电. 2006(04)

博士论文
[1]微结构表面红外热辐射特性调控方法研究[D]. 黄金国.南京理工大学 2015



本文编号：3179544