基于太阳模拟器光热转化系统结构设计及热性能分析
发布时间：2021-10-27 08:11
太阳能热化学技术作为太阳能利用的重要形式,可以实现对太阳能资源的储存,为太阳能的跨地域、跨时域利用提供了可能。太阳模拟器和高温热化学反应器是进行太阳能热化学技术研究的关键设备,设计满足要求的仪器结构对反应机理的研究、反应过程的控制具有重要意义。本文的研究内容包括高辐照均匀性的太阳模拟器结构设计和高温热化学反应器的结构设计两大部分。太阳模拟器的设计工作针对热化学技术的要求进行,通过结构参数以及聚集性能的计算得出标准椭球聚光单元模型,并分析了不同结构参数对椭球聚光单元聚集性能的影响。以辐照不均匀度作为衡量参数,对标准椭球镜进行面型的改进设计,得到了输出能量更加均匀的聚光单元结构,并以该聚光单元为基本组成部分展开高功率的太阳模拟器设计工作,模拟器采用七碟正六边形的布置方式,获得了高辐照度和高辐照均匀性的能量输出。基于太阳模拟器设计了高温热化学反应器,利用连接太阳模拟器和反应器的光热转化分析方法对反应腔壁面能量分布和反应器内的热输运特性进行了计算分析。针对分析结果进一步对反应器的结构模型作出改进设计,提出锥形反应腔模型,计算了改进后的反应腔壁面能量分布和热输运特性,结果证明,改进后的反应器结构...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚光镜布置方式
ZnO 以细颗粒状与 CH4气体一同进入后，沿着反应器内壁面上的旋转凹槽流动，在这一过程中，Ar 作为辅助气体携带反应物进入反应腔内。经过测定，腔体内的温度在 1000K~1600K 的范围内时，氧化锌的反应效率为 90%。2010 年，卡塔尔 Ozalp 等[51]利用 CFD 软件对涡流式“SynMet”反应器的热传输特性进行了模拟分析，计算结果显示涡流状的腔内结构能够明显改善反应物的流动特性，并且增强了反应物质间的传热行为。2011 年，日本 Kaneko 等[52]设计了一种新式旋转反应器用作太阳能两步水解制氢的研究，该反应器名为 TTR（Tokyo tech rotary-type solarreactor），属于直射式反应器。反应器的内部反应腔采用了负载 Mn-Fe（Ni0.5Mn0.5Fe2O4），CeO2和 Ni 的耐热活性陶瓷，由窗口进入反应器的太阳辐射被陶瓷内腔所吸收。研究过程得出该反应器中水解反应中氢气生成和氧气释放的反应的最优温度分别是 1173K 和1473K 。该反应器的巧妙之处在于可以通过旋转反应器来实现热分解和水解反应由此实现氢气的连续产出。该团队利用塔式聚光器对氧气的释放反应进行了测试结果中 O2 的产生量要低于模拟值，但是实验室规模的模型可以为后期反应器的大规模化提供很好的依据。
ZnO 以细颗粒状与 CH4气体一同进入后，沿着反应器内壁面上的旋转凹槽流动，在这一过程中，Ar 作为辅助气体携带反应物进入反应腔内。经过测定，腔体内的温度在 1000K~1600K 的范围内时，氧化锌的反应效率为 90%。2010 年，卡塔尔 Ozalp 等[51]利用 CFD 软件对涡流式“SynMet”反应器的热传输特性进行了模拟分析，计算结果显示涡流状的腔内结构能够明显改善反应物的流动特性，并且增强了反应物质间的传热行为。2011 年，日本 Kaneko 等[52]设计了一种新式旋转反应器用作太阳能两步水解制氢的研究，该反应器名为 TTR（Tokyo tech rotary-type solarreactor），属于直射式反应器。反应器的内部反应腔采用了负载 Mn-Fe（Ni0.5Mn0.5Fe2O4），CeO2和 Ni 的耐热活性陶瓷，由窗口进入反应器的太阳辐射被陶瓷内腔所吸收。研究过程得出该反应器中水解反应中氢气生成和氧气释放的反应的最优温度分别是 1173K 和1473K 。该反应器的巧妙之处在于可以通过旋转反应器来实现热分解和水解反应由此实现氢气的连续产出。该团队利用塔式聚光器对氧气的释放反应进行了测试结果中 O2 的产生量要低于模拟值，但是实验室规模的模型可以为后期反应器的大规模化提供很好的依据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳模拟器辐照不均匀性对光伏组件I-V性能测试的影响[J]. 张万辉,曾婵娟,曾飞,林荣超,胡振球,刘付建. 广东科技. 2015(16)
[2]基于LED光源的太阳模拟器光谱合成设计[J]. 赵孟钢,冯云峰,刘皎,王水威,王锦波,曾祥超. 太阳能. 2015(06)
[3]太阳模拟器标准和直射阳光辐照度计量的研究[J]. 李杰. 标准科学. 2015(04)
[4]太阳能光热化学分解CO2和H2O的研究进展[J]. 蒋青青,童金辉,陈真盘,周桂林,蒋宗轩,杨民,李灿. 中国科学:化学. 2014(12)
[5]一种高准直的太阳模拟器设计[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰. 太阳能学报. 2014(06)
[6]太阳能高温热化学反应器研究进展[J]. 马婷婷,朱跃钊,陈海军,马炎,金丽珠,杨丽,廖传华. 化工进展. 2014(05)
[7]太阳模拟器中椭球面聚光镜参数的确定[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰. 应用光学. 2014(01)
[8]可提高太阳模拟器均匀性的变形椭球面聚光镜[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰. 光学学报. 2013(12)
[9]直接吸收太阳辐射集热器/热化学反应器的研究进展[J]. 朱群志. 上海电力学院学报. 2013(02)
[10]太阳模拟器的研究概况及发展趋势[J]. 杜景龙,唐大伟,黄湘. 太阳能学报. 2012(S1)
博士论文
[1]甲烷重整热化学储能过程催化反应及传输特性[D]. 杜娟.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]太阳能裂解ZnO/Zn工质中热输运特性[D]. 张慧媛.哈尔滨工业大学 2015
[2]我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价[D]. 沈义.兰州大学 2014
[3]高辐照度太阳能模拟器的设计与实验研究[D]. 李子衿.华北电力大学 2014
[4]月亮模拟器光学系统设计与辐照度均匀性分析[D]. 徐亮.长春理工大学 2009
[5]非成像光学系统设计方法及其在LED道路照明工程中的应用[D]. 黄健.浙江大学 2008
[6]太阳模拟器的辐射光谱研究[D]. 彭小静.上海交通大学 2008
本文编号：3461211
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚光镜布置方式
ZnO 以细颗粒状与 CH4气体一同进入后，沿着反应器内壁面上的旋转凹槽流动，在这一过程中，Ar 作为辅助气体携带反应物进入反应腔内。经过测定，腔体内的温度在 1000K~1600K 的范围内时，氧化锌的反应效率为 90%。2010 年，卡塔尔 Ozalp 等[51]利用 CFD 软件对涡流式“SynMet”反应器的热传输特性进行了模拟分析，计算结果显示涡流状的腔内结构能够明显改善反应物的流动特性，并且增强了反应物质间的传热行为。2011 年，日本 Kaneko 等[52]设计了一种新式旋转反应器用作太阳能两步水解制氢的研究，该反应器名为 TTR（Tokyo tech rotary-type solarreactor），属于直射式反应器。反应器的内部反应腔采用了负载 Mn-Fe（Ni0.5Mn0.5Fe2O4），CeO2和 Ni 的耐热活性陶瓷，由窗口进入反应器的太阳辐射被陶瓷内腔所吸收。研究过程得出该反应器中水解反应中氢气生成和氧气释放的反应的最优温度分别是 1173K 和1473K 。该反应器的巧妙之处在于可以通过旋转反应器来实现热分解和水解反应由此实现氢气的连续产出。该团队利用塔式聚光器对氧气的释放反应进行了测试结果中 O2 的产生量要低于模拟值，但是实验室规模的模型可以为后期反应器的大规模化提供很好的依据。
ZnO 以细颗粒状与 CH4气体一同进入后，沿着反应器内壁面上的旋转凹槽流动，在这一过程中，Ar 作为辅助气体携带反应物进入反应腔内。经过测定，腔体内的温度在 1000K~1600K 的范围内时，氧化锌的反应效率为 90%。2010 年，卡塔尔 Ozalp 等[51]利用 CFD 软件对涡流式“SynMet”反应器的热传输特性进行了模拟分析，计算结果显示涡流状的腔内结构能够明显改善反应物的流动特性，并且增强了反应物质间的传热行为。2011 年，日本 Kaneko 等[52]设计了一种新式旋转反应器用作太阳能两步水解制氢的研究，该反应器名为 TTR（Tokyo tech rotary-type solarreactor），属于直射式反应器。反应器的内部反应腔采用了负载 Mn-Fe（Ni0.5Mn0.5Fe2O4），CeO2和 Ni 的耐热活性陶瓷，由窗口进入反应器的太阳辐射被陶瓷内腔所吸收。研究过程得出该反应器中水解反应中氢气生成和氧气释放的反应的最优温度分别是 1173K 和1473K 。该反应器的巧妙之处在于可以通过旋转反应器来实现热分解和水解反应由此实现氢气的连续产出。该团队利用塔式聚光器对氧气的释放反应进行了测试结果中 O2 的产生量要低于模拟值，但是实验室规模的模型可以为后期反应器的大规模化提供很好的依据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳模拟器辐照不均匀性对光伏组件I-V性能测试的影响[J]. 张万辉,曾婵娟,曾飞,林荣超,胡振球,刘付建. 广东科技. 2015(16)
[2]基于LED光源的太阳模拟器光谱合成设计[J]. 赵孟钢,冯云峰,刘皎,王水威,王锦波,曾祥超. 太阳能. 2015(06)
[3]太阳模拟器标准和直射阳光辐照度计量的研究[J]. 李杰. 标准科学. 2015(04)
[4]太阳能光热化学分解CO2和H2O的研究进展[J]. 蒋青青,童金辉,陈真盘,周桂林,蒋宗轩,杨民,李灿. 中国科学:化学. 2014(12)
[5]一种高准直的太阳模拟器设计[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰. 太阳能学报. 2014(06)
[6]太阳能高温热化学反应器研究进展[J]. 马婷婷,朱跃钊,陈海军,马炎,金丽珠,杨丽,廖传华. 化工进展. 2014(05)
[7]太阳模拟器中椭球面聚光镜参数的确定[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰. 应用光学. 2014(01)
[8]可提高太阳模拟器均匀性的变形椭球面聚光镜[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰. 光学学报. 2013(12)
[9]直接吸收太阳辐射集热器/热化学反应器的研究进展[J]. 朱群志. 上海电力学院学报. 2013(02)
[10]太阳模拟器的研究概况及发展趋势[J]. 杜景龙,唐大伟,黄湘. 太阳能学报. 2012(S1)
博士论文
[1]甲烷重整热化学储能过程催化反应及传输特性[D]. 杜娟.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]太阳能裂解ZnO/Zn工质中热输运特性[D]. 张慧媛.哈尔滨工业大学 2015
[2]我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价[D]. 沈义.兰州大学 2014
[3]高辐照度太阳能模拟器的设计与实验研究[D]. 李子衿.华北电力大学 2014
[4]月亮模拟器光学系统设计与辐照度均匀性分析[D]. 徐亮.长春理工大学 2009
[5]非成像光学系统设计方法及其在LED道路照明工程中的应用[D]. 黄健.浙江大学 2008
[6]太阳模拟器的辐射光谱研究[D]. 彭小静.上海交通大学 2008
本文编号：3461211
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