用于直接吸收式太阳能集热器的高性能水基纳米流体研究

发布时间：2020-05-26 08:02

【摘要】：直接吸收式集热器是一类新型太阳能集热器,具有热损失小且制造成本低等优点,使其极具发展前景。兼具吸收介质和传热流体功能的工作流体是直接吸收式集热器的核心,其性能制约着该类新型集热器的发展和应用。纳米流体作为一种新型工作流体应用于直接吸收式集热器时需满足良好的长期稳定性和光吸收性能、较高的导热系数以及优异的光热转换性能等要求。本论文致力于研制高性能的水基纳米流体用作低温直接吸收式集热器的工作流体,选用在水中具有优异分散性的氧化石墨烯作为纳米添加剂,考察了氧化石墨烯含量对纳米流体的分散稳定性、光吸收特性以及光热转化性能的影响,获得了高性能的氧化石墨烯/水纳米流体,并在此基础上提出了紫外光照还原的方法,将氧化石墨烯/水纳米流体转化为光吸收特性和光热转化性能更高的还原氧化石墨烯/水纳米流体。配制了氧化石墨烯质量分数从0.001%到0.1%范围内的一系列纳米流体;当氧化石墨烯质量分数为0.02%时,纳米流体的zeta电位最大,该流体显示出优异的长期稳定性和加热条件下的分散稳定性;氧化石墨烯/水纳米流体的光吸收特性优于水,并随着氧化石墨烯含量的上升而不断增强。与基液水相比,氧化石墨烯纳米流体的导热系数有明显的提高,且随着氧化石墨烯质量分数的上升而增大;焖晒实验评价纳米流体的光热转换性能表明,氧化石墨烯/水纳米流体的集热性能高于水;当质量分率为0.02%时,氧化石墨烯/水纳米流体具有最高的集热效率,即在30℃时,达到97.45%,在80℃时为48.92%。采用紫外灯照射上述所得的0.02%氧化石墨烯/水纳米流体,并控制不同的光照时间,制得了一系列还原氧化石墨烯/水纳米流体。X光电子能谱分析发现,随着紫外光照时间的延长,氧化石墨烯的还原程度加大。zeta电位分析表明,当在紫外照射时间控制为340 s或更少时,所得的还原氧化石墨烯/水纳米流体在升温条件下能保持良好的稳定性;还原氧化石墨烯纳米流体的透射率低于等浓度下的氧化石墨烯纳米流体,表明了氧化石墨烯的还原导致了光吸收性能的增强;与氧化石墨烯纳米流体相比,还原氧化石墨烯纳米流体具有更高的导热系数和较低的比热容。与同浓度的氧化石墨烯纳米流体和石墨烯纳米流体相比,还原氧化石墨烯纳米流体具有更优异的光热转化效率,即在30℃时达到96.93%,在75℃可达52%,高于氧化石墨烯纳米流体(在30℃时达到95.51%和在75℃达到46.2%)。这表明采用光照还原氧化石墨烯/水纳米流体的方法,既能保持纳米流体好的分散稳定性,又能提升其光吸收特性和导热系数,从而使得还原氧化石墨烯/水纳米流体具有更好的光热转化性能。本文从实验的角度对氧化石墨烯/水及还原氧化石墨烯/水纳米流体的分散稳定性、光吸收特性、热物性以及光热转换性能进行了系统的研究,研究结果对研究用于低温直接吸收式集热器的高性能纳米流体作为其工作流体具有参考价值。
【图文】：

在利用过程中有诸多限制，众多难题面临着解决。总体说来，]：（1）提高集热器的效率；（2）降低装置的有效成本和提高使用率手段。能热利用与集热器阳能热利用系统热利用的方式主要有：太阳能热发电、太阳能热水器、太阳灶、图 1-1 所示，太阳能热发电系统主要由集热系统、换热系统、发部分单元组成。其工作原理是：首先，槽式集热器将聚集的太阳管道上的工作介质吸收太阳光，并将其转化为热能的形式；然后作介质进行换热，水被加热成高温的蒸汽，随后蒸汽将推动汽轮能转化为电能。

第一章 绪论多的太阳能热利用系统中，太阳能热水器是应用相对最广太阳能热水器的主要组成单元：集热器、水泵，保温水原理是：冷水通过管道进入太阳能热水器内，，然后在集热涂层吸收太阳能辐射，将太阳能转化为热能，水将热量带水的大，冷水下沉使得热水会自动往上升，然后形成一个度后就能流入保温水箱，以此来供应热水。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TK513.1

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本文编号：2681531