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。