旋流作用下水基炭黑纳米流体集热性能研究

主动强化技术是提升集热器效率的有效手段。本研究利用管式有源强化集热装置,系统研究了旋流作用下辐照强度、纳米流体浓度、转子转速、转子数量及排布方式、转子颜色及类型等对水基炭黑纳米流体集热性能的影响。结果表明,光热转换效率随辐照强度的增加而显著增加;炭黑-胶原蛋白的加入使介质同时间段的全程光热转换效率提升了56.6%～216.7%,质量分数为0.005%的水基炭黑纳米流体光热转换效率最高的同时能效比也较高;转子转速在150 r/min时,全程光热转换效率最终提升了30.32%,继续提升转子转速不会增加纳米流体的集热效率;转子均匀排布时,将转子数量减少一半几乎不会影响集热效率;转子颜色及类型的搭配对不同浓度的纳米流体集热效率具有协同作用,黑色低流阻转子在纯水及高浓度纳米流体中集热效果较好,白色两叶片转子在中低浓度的纳米流体中集热效果较好。本研究明确了转子旋流下影响纳米流体集热性能的规律,为太阳能光热利用提供了新的思路。     

PV/T集热器优化设计及实验

光伏/光热(photovoltaic/thermal collector,PV/T)集热器是光伏光热系统的关键部件,其性能好坏直接决定着太阳能综合利用率的高低,因此PV/T集热器的设计对光伏光热系统的性能研究有着重要的作用。本文对PV/T集热器结构和传热热阻进行了分析,采用Fluent软件对不同的辐照度、结构尺寸和流量共75种工况下的PV/T集热器的热性能进行了数值模拟;并对PV/T集热器进行了优化设计,根据设计结果搭建了试验台,对PV/T集热器的集热效率与发电效率进行了研究。研究结果表明:集热器内最佳冷却水流量为0.008kg/s,光伏电池和集热面积最佳比D/W=0.4。随着归一化温差的增大,PV/T集热器的光电效率与集热效率均不断降低,光电效率预测值与实验值的最大误差22.5%,平均集热效率0.63,最大集热效率达到0.75。     

3类光热转换涂层的力学、光学和集热性能研究

制备了3种不同类型的光热转换涂层──喷涂高分子涂层、电镀黑铬涂层和物理气相沉积氮氧化钛涂层,测试了涂层的力学性能和光学性能。将不同涂层试样做成平板板芯,装配成平板集热器,测试了3种平板集热器的集热性能。结果表明,物理气相沉积氮氧化钛涂层集热器的集热性能最好,电镀黑铬涂层次之,但静电喷涂高分子涂层集热器在低温使用时性价比更高。     

全玻璃真空管太阳能集热器的研究和试制

本文介绍了利用玻璃作为太阳能集热器结构材料的可能性;玻璃底材上真空沉积选择性吸收黑铬涂层的光热性能;玻璃真空集热器(以下简称为集热器)的生产制造工艺流程;集热器的原理、结构及传热分析;集热器材料选择及结构参数的设计;用准稳态法测定集热器的效率方程及热损系数,并与理论计算进行了比较,结果较为一致。 实验和理论计算表明,全玻璃真空管太阳能集热器除了具有高温热损小、年平均效率高的特点外,还具有一定强度、耐腐蚀、维修方便、经久耐用等优点。 本文最后讨论了进一步提高性能、降低成本的方法和途径。     

熔盐槽式光电发热电站与熔盐蓄热储能系统的研究

介绍了熔盐槽式光热发电站的结构特点,分析了熔融盐槽式电站管路系统的运行方式,讨论了真空集热管的涂层薄膜、增透膜、熔封连接、烘烤抽真空等制作技术,研究了熔盐蓄热储能循环系统的设计开发过程,探讨了太阳能集热器和太阳能集热场的计算机智能控制方法。     

多物理场耦合叶片塑化单元聚合物混合性能研究

阐述了聚合物叶片注塑成型机的结构组成和工作原理,通过叶片塑化单元转子模型及本构方程的表征,分析了该单元聚合物熔体拉伸流动特性和混合性能。结果表明,叶片塑化单元的流场为拉伸与剪切复合流场,混合指数值高达0.945,叶片两边的强拉伸流场区域黏度值较低,具有较强的拉伸作用,可以提高聚合物的塑化混合性能和熔体流动性;叶片单元的混合指数多分布在0.5~0.6之间,而螺杆元件的混合指数多分布在0.4~0.5之间,螺杆元件在产生拉伸流场方面远低于叶片单元;动态时叶片塑化单元的拉伸速率比稳态时的大,随着振动强度的增加,该单元拉伸速率和平均拉伸混合效率提高,但是动态时的振动强度不宜过大。因此,采用叶片塑化单元及多物理场耦合开发的叶片注塑成型机优于传统注塑成型机。     

热回收型太阳能分级溶液集热/再生系统模型及环境适用性分析

为了在极端气候条件下提高高浓度溶液的集热再生效率,提出一种带同级热回收和级间热回收的太阳能分级溶液集热再生方法。基于填料储液槽的热质平衡,建立预除湿溶液参数可动态调整的太阳能分级集热再生系统数学模型。数值模拟发现在不同室外环境条件下分级再生和单级再生效率对比存在临界点,室外环境温度和相对湿度高于临界点,太阳辐射辐射强度低于临界点,分级再生优于单级再生。文章最后综合给出分级集热再生的环境和溶液浓度适用范围,发现在低太阳辐射、高温高湿的气候环境下,其对高浓度溶液再生越有利。     

热回收型太阳能分级溶液集热/再生系统模型及环境适用性分析

为了在极端气候条件下提高高浓度溶液的集热再生效率,提出一种带同级热回收和级间热回收的太阳能分级溶液集热再生方法。基于填料储液槽的热质平衡,建立预除湿溶液参数可动态调整的太阳能分级集热再生系统数学模型。数值模拟发现在不同室外环境条件下分级再生和单级再生效率对比存在临界点,室外环境温度和相对湿度高于临界点,太阳辐射辐射强度低于临界点,分级再生优于单级再生。文章最后综合给出分级集热再生的环境和溶液浓度适用范围,发现在低太阳辐射、高温高湿的气候环境下,其对高浓度溶液再生越有利。     

浅谈太阳能集热器的表面处理工艺

<正>0前言随着能源消耗的迅速增加,地球上的矿物资源会越来越少。太阳能是取之不尽、清洁无污染的能源,因此,世界各国都在利用太阳能。我国是能源消耗大国,太阳能的转换和利用是最大的财富。太阳能热水器是目前太阳能利用中技术最成熟的装置。它具有结构简单、造价低廉、工作可靠、使用方便等优点,因而得到了广泛的应用。太阳能热水器可分为平板式集热器和聚光式集热器两大类。聚光式集热器在短时间内可达120℃,集热效果受     

扰流板太阳能空气集热器的流道优化

通过改变常规的蛇形流道的扰流板式太阳能空气集热器的扰流板布置，开发出一种涡旋形流道太阳能空气集热器，并对其进行实验与模拟研究。研究发现在平均太阳辐照度819.7W/m²、温度7.33℃、流量0.025kg/s的条件下，涡旋形太阳能空气集热器的集热效率可达59.14%，比蛇形太阳能空气集热器高2.18%；而其压力损失仅为蛇形太阳能空气集热器的37.26%，且随着流量的增加，压损降低更加明显；同时得到在出口温度为30～90℃范围内，涡旋形太阳能空气集热器的热损系数在4.6～5.6W/(m²·K)之间，热迁移因子在0.64～0.72之间，二者的平均值各自较蛇形太阳能空气集热器高0.06W/(m²·K)与0.019。与蛇形太阳能空气集热器相比，涡旋形的太阳能空气集热器增加了太阳能空气集热器的集热效率，同时大幅降低压力损失。     

太阳能光伏/热（PV/T）技术的研究进展

太阳能光伏/热（PV/T）技术是将光伏和光热结合在一起,可实现较高的太阳能利用率。本文首先简要介绍了PV/T集热器的概念、基本原理及分类。然后从PV/T集热器结构和运行参数两方面综述了近几年来国内外PV/T集热器的相关研究,对比分析了水冷型、制冷剂型和热管型3种类型PV/T的优缺点。概述了目前常用的PV/T性能评估和经济性分析的方法。最后指出了当前的PV/T集热器存在诸如结构复杂、工质渗漏、初始投资大等问题,并且缺少对其长期的动态性能研究。未来需对现有结构作进一步优化,同时开发新型PV/T集热器。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

聚酯塑料薄膜老化研究

浙江大学热工教研室利用园管玻璃蜂窝结构将大部分经过集热板发射的太阳辐射能多次吸收、辐射并返回集热板。即所谓“陷阱”作用原理,研制出一种“蜂窝结构太阳能集热器”。接着,又研制聚酯塑料薄膜蜂窝结构。为了解它的耐老化性能,我所进行了老化试验研究,着重考查在人工气候和热老化过程中其机械性能和光学性能的变化。     

石墨烯气凝胶的制备及其光热转换性能研究

石墨烯气凝胶兼具石墨烯的特性和气凝胶孔隙率高、比表面积大的优点,并且石墨烯气凝胶具有丰富的孔道结构,有效增加光吸收和散射面积,太阳能光热转换效率高。为了探究具有优异光热转换性能的石墨烯气凝胶合成工艺及控制条件,通过改进的Hummers法制备得到氧化石墨烯(GO),再通过水热反应还原,得到石墨烯气凝胶,调节还原剂类型和比例参数,表征不同反应条件下样品的形貌、结构和光吸收率,并测试样品的太阳能光热转换性能。结果表明,在GO和还原剂三聚氰胺的质量比为1︰1时,石墨烯气凝胶的光热转换性能最好。     

两种集热结构的太阳能光伏/光热一体化热泵性能分析

探讨了一种直接将热泵蒸发管设置在太阳能光伏集热板背面的新型光伏/光热一体化热泵（PV/T-HP）系统。设计了采用普通铜管和多孔铝扁管的两种集热/蒸发器结构,对二者进行性能模拟与对比分析。结果显示：采用多孔铝扁管集热蒸发器的热泵系统因其更好的传热性能而具备更高的电效率和制热性能系数。对PV/T-HP系统的全年运行性能模拟表明,该系统可同时高效地输出电能和制得50℃热水。此外还提出,根据季节和天气变化控制压缩机容量的控制策略优化系统运行以提高其全年综合性能。     

太阳集热管纳米流体的光热性能实验

采用两步法制备SiC-H₂O、TiC-H₂O、Al₂O₃-H₂O(α和γ)4种纳米流体,通过闷晒实验研究了4种纳米流体的光热转换性能,分析了颗粒种类、质量分数、分散剂、pH值、颗粒形状对纳米流体光热转换性能的影响,并且对比了普通玻璃管内纳米流体与全玻璃真空管内水的集热性能。实验结果表明,纳米流体的光热转换性能优于去离子水和全玻璃真空管,其中TiC-H₂O纳米流体的光热转换性能最好,最高温度比水高出21.76%;分散剂能增强纳米流体的光热转换性能,并且不同纳米流体最适合的分散剂也不同;纳米流体存在其最佳的质量分数和pH值,其中SiC-H₂O最适宜的质量分数为0.1%,最佳pH值为9;粒子形状对光热转换性能有较大影响。在55℃以下,SiC-H₂O纳米流体直接吸收式集热效率高于全玻璃真空管内水的间接吸收集热效率,两者效率的最高差值可达30%。但在更高温度下,纳米流体集热效率迅速下降。     

混合工质太阳能平板热管集热器的传热性能

介绍了平板热管的基本结构与原理,在分析乙二醇及其混合工质的热物理学特性的基础上,建立平板热管的物理与数学模型。采用数值计算模拟方法,分析了混合工质平板热管集热器的传热性能,研究了集热器的效率、温升和启动性能随工作时间的变化规律。研究表明,乙二醇水混合工质平板热管集热器适宜于低温寒冷地区,具有较高的集热性能。     

搪瓷盒式太阳能集热器的试制和研究

本文给出了太阳能集热器S-2搪瓷涂层的配方、制备工艺及性能;盒式集热器的结构和传热分析及效率方程。实验及理论分析结果较为一致。 搪瓷集热器热性能可与其它集热器媲美外,还具有抗热水及大气腐蚀,经久耐用等优异特性。     

内置组合转子换热管的综合传热性能

  对螺旋叶片和开槽螺旋叶片两种结构组合转子的综合传热性能进行了实验研究。与光管相比,两种转子都显著提高了换热管内的传热性能,装有螺旋叶片转子和开槽螺旋叶片转子换热管的努塞尔数分别比光管提高了1.06～1.26倍和1.03～1.15倍,引起的阻力系数分别比光管增加了60%～68%和36%～51%。螺旋叶片转子对管内传热性能的提升更为显著,但其引起的管内阻力系数也较大。综合考虑传热和阻力两方面因素,对两种转子结构的综合评价指标值进行比较,开槽螺旋叶片转子具有更好的综合传热性能。     

聚合物基MXene复合材料的光热性能研究进展

MXene是一种新兴的二维纳米材料,具有组成可调、结构可控的特性和优异光热性能。MXene可吸收入射光并将其高效转换为热能,这为太阳能的有效利用提供了新途径。将MXene加入聚合物基体中,可赋予聚合物基复合材料优异光热性能,并拓宽复合材料应用范围,因而被广泛研究。具有光热性能的聚合物基MXene复合材料在海水淡化、个人热管理、光热抗菌和光热治疗肿瘤等方面有着广泛的应用前景。本文总结了MXene及聚合物基MXene复合材料的制备方法,介绍了光热材料的光热转换机理,综述了聚合物基MXene复合材料在光热转换方面的研究进展,展望了具有光热性能的聚合物基MXene复合材料在应用中存在的挑战和未来的发展方向。