本文選題：聚光光伏　切入點(diǎn)：納米流體　出處：《內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：采用聚光器提高光伏電池表面的熱流密度,是提高光伏系統(tǒng)效率、降低系統(tǒng)發(fā)電成本的有效途徑。但砷化鎵電池的工作效率會(huì)隨著電池溫度的升高迅速下降,且長(zhǎng)期熱應(yīng)力的作用會(huì)使組件結(jié)構(gòu)永久破壞,所以,針對(duì)聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)熱流密度分布不均勻以及光伏電池溫度過高等問題,本文提出了一種螺旋型微通道冷卻結(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化,且以納米流體為冷卻工質(zhì)進(jìn)行散熱。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:應(yīng)用高壓微射流納米分散儀分別制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、3%和1%的Si O2-H2O納米流體,并對(duì)納米流體的粒徑分布、導(dǎo)熱系數(shù)和輻射特性進(jìn)行測(cè)試和分析。針對(duì)納米流體集熱管換熱特性,模擬計(jì)算了蒸餾水和納米流體的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布,同時(shí),對(duì)以Si O2-H2O納米流體和蒸餾水為工質(zhì)的集熱管進(jìn)行了悶曬試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大、溫度的升高,Si O2-H2O納米流體導(dǎo)熱系數(shù)逐漸變大;且Si O2-H2O納米流體對(duì)太陽(yáng)輻射具有選擇透過性,質(zhì)量分?jǐn)?shù)是其重要影響因素。納米流體具有比蒸餾水高的換熱特性且隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng);隨著工作時(shí)間的增加,納米顆粒易團(tuán)聚、且納米流體不穩(wěn)定等特征會(huì)導(dǎo)致其換熱特性降低�；谖⑼ǖ览鋮s技術(shù)提出螺旋式高倍聚光砷化鎵電池冷卻結(jié)構(gòu),并通過Ansys Fluent軟件分析了PCB板面積、流道長(zhǎng)度和入口流速對(duì)冷卻結(jié)構(gòu)換熱特性的影響,同時(shí),引入強(qiáng)化換熱因子對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,結(jié)果表明,強(qiáng)化傳熱因子隨著微通道長(zhǎng)度的增加而降低、流體入口速度的增加而升高,在此基礎(chǔ)上,獲得可提供膜蒸餾熱源且強(qiáng)化傳熱因子最高時(shí)的冷卻結(jié)構(gòu),即4圈微通道,流速為0.58m/s的模型。采用優(yōu)化后的冷卻結(jié)構(gòu),以納米流體作為冷卻工質(zhì),并應(yīng)用兩相流模型從納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、顆粒粒徑及類型三方面對(duì)納米流體強(qiáng)化換熱機(jī)理進(jìn)行探討。結(jié)果表明在相同的Re下,Al2O3-H2O納米流體的傳熱特性高于Si O2-H2O納米流體的傳熱特性;Al2O3-H2O納米流體的換熱特性隨納米粒徑的減小而升高,且納米粒子的高導(dǎo)熱性及由黏度引起的流動(dòng)阻力共同影響納米流體的換熱特性。最后,通過中間程序?qū)⒐鈱W(xué)軟件所得的非均勻熱流密度作為邊界條件讀入FLUENT中,并改變太陽(yáng)直射輻照度對(duì)非均勻熱流密度條件下冷卻結(jié)構(gòu)的換熱特性進(jìn)行分析,結(jié)果表明電池上表面熱流密度分布越均勻,冷卻結(jié)構(gòu)的換熱能力越強(qiáng);不同太陽(yáng)直射輻照度存在對(duì)應(yīng)的最佳入口流速,在實(shí)際應(yīng)用中,若使不同輻照度下冷卻結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化換熱因子達(dá)到最大,需注意調(diào)節(jié)工質(zhì)流速與太陽(yáng)直射輻照度相匹配。
[Abstract]:It is an effective way to increase the efficiency of photovoltaic system and reduce the cost of power generation by using concentrator to increase the heat flux on the surface of photovoltaic cell, but the efficiency of GaAs cell will decrease rapidly with the increase of cell temperature. And the long-term thermal stress will make the module structure permanent damage, so, in order to solve the problems such as uneven heat flux distribution and excessive temperature of photovoltaic cells, the heat flux distribution of concentrated photovoltaic power system is not uniform, and the temperature of photovoltaic cells is too high. In this paper, a spiral microchannel cooling structure is proposed and optimized. The main contents of this paper are as follows: 5% Sio _ 2-H _ 2O nano-fluids with mass fraction of 5% and 1%% were prepared by using high-pressure micro-jet nano-dispersion instrument, and the particle size distribution of nano-fluids was obtained. The thermal conductivity and radiation characteristics are measured and analyzed. The temperature and velocity distributions of distilled water and nanofluids are simulated and calculated according to the heat transfer characteristics of nanofluid collector tubes. The sun-stuffing experiment of the collector tube with Sio _ 2-H _ 2O nano-fluid and distilled water as working medium was carried out. The results showed that the thermal conductivity of Sio _ 2-H _ 2O nano-fluid increased with the increase of mass fraction. Furthermore, Sio _ 2-H _ 2O nanofluids have selective transmittance to solar radiation, and mass fraction is an important influence factor. The nano-fluids have higher heat transfer characteristics than distilled water and increase with the increase of mass fraction, and with the increase of working time, The characteristics of nano-particles are easy to agglomerate, and the characteristics of nano-fluid instability will reduce their heat transfer characteristics. Based on microchannel cooling technology, the cooling structure of spiral high-power gallium arsenide cells is proposed, and the area of PCB plate is analyzed by Ansys Fluent software. The effects of channel length and inlet velocity on the heat transfer characteristics of cooling structure were studied. At the same time, the enhanced heat transfer factor was introduced to optimize the structure. The results show that the enhanced heat transfer factor decreases with the increase of the length of the microchannel. On the basis of the increase of the inlet velocity of the fluid, the cooling structure with the highest heat source and enhanced heat transfer factor for membrane distillation was obtained, that is, a four-circle microchannel model with a flow rate of 0.58 m / s. The optimized cooling structure was adopted. The nano-fluid was used as the cooling medium, and the two-phase flow model was used to calculate the mass fraction of the nano-fluid. The enhanced heat transfer mechanism of nano-fluid is discussed from three aspects of particle size and type. The results show that the heat transfer characteristics of Al _ 2O _ 3-H _ 2O nanofluids are higher than those of Sio _ 2-H _ 2O nanofluids under the same re. The heat transfer characteristics of Al _ 2O _ 3-H _ 2O nanofluids follow the same conditions. With the decrease of nanometer particle size, The high thermal conductivity of the nanoparticles and the flow resistance caused by the viscosity affect the heat transfer characteristics of the nano-fluids. Finally, the non-uniform heat flux obtained by the optical software is read into the FLUENT as the boundary condition by the intermediate program. The heat transfer characteristics of the cooling structure under the condition of non-uniform heat flux are analyzed by changing the direct solar irradiance. The results show that the more uniform the heat flux distribution on the surface of the cell, the stronger the heat transfer ability of the cooling structure. The optimum inlet velocity exists for different direct irradiance of the sun. In practical application, if the enhanced heat transfer factor of cooling structure under different irradiance is maximized, it is necessary to adjust the velocity of working medium to match the irradiance of direct solar radiation.
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914;TK124

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本文編號(hào)：1562019