石墨烯纳米流体热管式太阳能集热器热性能实验研究

发布时间：2020-07-15 06:06

【摘要】：太阳能是一种清洁、高效的能源,在太阳能利用领域商业化程度最高、推广最普遍的是太阳能光热利用。热管式太阳能集热器作为太阳能热利用装置的一种常见形式,其用作热量传输的核心部件为太阳能重力热管。由于太阳辐射存在热流密度波动大以及低热流密度的特点,要求热管必须具备优异的运行启动特性。本文提出并研究了一种石墨烯纳米流体热管式太阳能集热器。通过向去离子水中添加石墨烯纳米颗粒制备水基石墨烯纳米流体,用作太阳能重力热管的热管工质,改善太阳能重力热管的启动性能与运行特性。在对石墨烯纳米流体太阳能重力热管运行启动特性研究的基础上,探究石墨烯纳米流体太阳能重力热管用于热管式太阳能集热器的实际运行性能。本文所做工作主要包括以下几个方面:1)纳米流体的制备、稳定性及热物性研究。配制了四种不同质量浓度的水基石墨烯纳米流体,利用分光度计法探究了分散剂添加量对纳米流体稳定性的影响,获取了制备石墨烯纳米流体最佳的分散剂添加量。实验测试了纳米流体的导热系数、粘度、接触角等热物性,并分析了添加纳米颗粒强化基液导热系数的机理。最后结合重力热管的运行特性,耦合分析了导热系数和粘度对热管传热性能的影响,并结合纳米流体的分散稳定性,理论上确定了用作重力热管工质的适宜的纳米流体浓度范围。2)纳米流体太阳能重力热管运行启动特性。首先对制作完成的热管进行热管等温性测试,确保其符合实验要求,在热管等温性测试中分析了热管充液量对热管运行启动的影响,确定了适宜的热管工质充液量。通过热管壁温分布实验,达到了“可视化”研究太阳能重力热管的启动过程,模拟太阳能重力热管用于太阳能集热器的实际工作状况,对不同加热功率、不同循环水温、不同倾角下的太阳能重力热管的启动特性做了细致的研究。最后通过热管传热性能对比实验,同时对比研究了不同石墨烯质量浓度的纳米流体热管运行启动性能。3)搭建了两种不同热管形式的真空管太阳能集热器实验台。将石墨烯纳米流体太阳能重力热管用于真空管太阳能集热器,实验研究了这种新的热管形式的真空管太阳能集热器的集热性能,并以去离子水热管式真空管集热器为对照。4)在分析热管式真空玻璃管实验台合理性的基础上,搭建了分别应用石墨烯纳米流体热管与去离子水热管的两种热管式平板太阳能集热器实验台。首先对实验系统运行测试,然后开展了两种集热器的并联运行实验,对比分析了这两种集热器的集热性能,并对两种平板集热器的吸热板板温分布进行了分析。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK513.1

【参考文献】