金溶胶对太阳能光热转化效率的影响

发布时间：2017-08-06 09:22

  本文关键词：金溶胶对太阳能光热转化效率的影响

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【摘要】：太阳能是一种清洁、可再生的能源,对社会的进步和发展具有重要意义。太阳能的利用主要包括光电转化技术和光热转化技术。随着对太阳能光热转换技术的不断研究,太阳能转换成热能的效率已成为新一代高效节能技术的障碍。最近,有研究表明,在水中加入纳米级别的贵金属复合颗粒可以显著增加光热转化效率。太阳光对分散在水中的纳米复合颗粒进行照射,环绕在颗粒周围的水可以很快生成水蒸气而整体水温则无需达到沸腾状态。本文制备了纳米级别的金溶胶,与纳米级别的贵金属复合颗粒进行对比,研究金溶胶对光热转化效率的影响。本文利用水相法制备了纳米金溶胶,并利用zeta电位仪测出制备出的纳米金颗粒平均粒径为50nm。同时对制备出的纳米金溶胶进行紫外可见光表征,得到了其紫外可见吸收光谱,其吸收峰532nm与文献上粒径50nm的纳米金颗粒吸收峰相匹配。对纳米金溶胶进行聚光照射,发现在太阳光照射下,纳米金颗粒周围水层无明显蒸汽生成现象并对此原因进行了分析。纳米金颗粒受热团聚粒径变大,对可见光的吸收能力减弱。对比了加入不同比例金溶胶的水溶液在太阳光照射下温度随时间的变化。观察到加入金溶胶的水溶液温度上升速度及可达到的最高温度明显大于没有加金溶胶的,且随着加入的比例增加,上升速度及达到的最终温度更大。通过大量的实验得到平均光热转化效率,定量比较加入不同比例金溶胶对光热转化效率的影响。数值模拟了不同直径纳米金颗粒对不同波长光的吸收能力,发现随着纳米金颗粒粒径由10nm的增大到100nm,其吸收峰在可见光范围内往长波方向移动,但当纳米金颗粒的粒径大于100nm之后,吸收峰跳跃到了紫外光谱范围。这很好地解释了团聚之后的纳米金颗粒对太阳光吸收能力减弱的原因。
【关键词】：太阳能 光热转换效率 金溶胶 吸收光谱 吸收峰
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK51;O648.16
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 符号说明6-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 金溶胶简介9-10
• 1.1.2 太阳能光热利用10
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题10-14
• 1.2.1 金溶胶相关应用的研究现状10-12
• 1.2.2 太阳能光热转化与纳米流体12-13
• 1.2.3 存在的问题13-14
• 1.3 本文研究目的及内容14-16
• 2 理论基础16-22
• 2.1 液体中光热转化的基本理论16-17
• 2.1.1 光在液体中的传播16
• 2.1.2 光子能量转化为热能16-17
• 2.2 热平衡理论17-18
• 2.3 纳米金颗粒相关理论基础18-20
• 2.3.1 局域表面等离子体共振18-19
• 2.3.2 纳米金颗粒对光的吸收作用19
• 2.3.3 纳米金颗粒的局部加热效应19-20
• 2.4 纳米金颗粒的生成机理20-22
• 3 纳米金颗粒的制备及光照实验22-39
• 3.1 实验所用药品材料22
• 3.2 实验所用仪器22-23
• 3.3 金溶胶的制备方法23-25
• 3.3.1 化学制备法23-24
• 3.3.2 物理制备方法24-25
• 3.3.3 生物合成方法25
• 3.4 纳米金颗粒的表征方法25-26
• 3.4.1 紫外可见分光光度计25
• 3.4.2 ZETA电位仪25
• 3.4.3 显微装置25-26
• 3.5 纳米金颗粒的合成与表征26-29
• 3.5.1 实验准备26-27
• 3.5.2 实验步骤27
• 3.5.3 纳米金溶胶的表征27-29
• 3.6 太阳光照射实验29-39
• 3.6.1 实验准备29-30
• 3.6.2 实验方案30-31
• 3.6.3 实验结果31-36
• 3.6.4 分析与讨论36-38
• 3.6.5 结论及展望38-39
• 4 数值模拟不同粒径纳米金颗粒的吸收光谱39-46
• 4.1 数值模拟理论基础39-41
• 4.1.1 模型39-40
• 4.1.2 边界条件40
• 4.1.3 参数设置40
• 4.1.4 控制方程40-41
• 4.2 模拟结果41-43
• 4.3 对比分析43-45
• 4.4 模拟所得结论45-46
• 5 结论与展望46-48
• 5.1 本文结论46
• 5.2 展望46-48
• 致谢48-50
• 参考文献50-55

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