【摘要】：太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)能夠利用太陽能對海水等進行淡化,在海水淡化和污水處理等領域具有較大的應用潛力。目前高效的太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)主要包括納米流體光吸收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和熱局域化太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。熱局域化太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以雙層結構為主,由于能夠?qū)崿F(xiàn)低聚光下的高效太陽能光熱蒸汽轉(zhuǎn)化,且具有結構簡單、成本低、蒸發(fā)效率高、易于推廣應用等特點受到了廣泛關注。從能量角度分析,以雙層結構為主的熱局域化太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)在蒸發(fā)過程中存在四部分熱量損失,即入射光照射到光吸收層上產(chǎn)生的光反射損失、光吸收層上表面向環(huán)境的熱輻射損失、光吸收層表面與周圍空氣的熱對流損失以及絕熱供水層向水體產(chǎn)生的熱傳導損失。本文以降低傳熱損失為目標對系統(tǒng)進行材料優(yōu)選和結構優(yōu)化。對于光吸收層,為降低其光反射熱損失,本文利用高溫將木材碳化制得生物質(zhì)碳顆粒,同時對其粒徑分布進行研究,通過米氏散射理論計算,驗證了碳顆粒在該種粒徑分布下具有良好的光吸收能力,佐證了自制碳顆粒作為頂層光吸收材料的優(yōu)異性能。為降低表面的光輻射熱損失,本文對銅納米顆粒進行了研究,銅納米顆粒對光選擇吸收性,在紫外-可見光區(qū)域具有極高的光吸收能力,而在遠紅外波段吸收率較低,因此可以有效吸收太陽能并造成較低的熱輻射損失。對于絕熱供水層,本文探索了一種骨架雙層結構,利用空氣進行熱量隔絕,并通過探究骨架層在水面以上的高度以及空氣層在橫截面所占面積以求得最優(yōu)值,在保證足夠供水的前提下,盡可能降低對水面的熱傳導損失。綜合降低單一熱損失的優(yōu)化措施,制備了以100 nm銅納米顆粒為光吸收層材料,以尺寸優(yōu)化后的骨架結構作為絕熱供水層的骨架雙層結構,實際蒸發(fā)速率可高達2.11 kg·m~(-2)·h~(-1),并通過熱力學分析對蒸發(fā)過程中蒸發(fā)焓的降低作出了解釋。通過從能量損失的角度對系統(tǒng)進行優(yōu)化,本文研究工作致力于從機理角度改善熱局域化太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng),提供一種高效、穩(wěn)定、廉價及可操作性更強的解決方案。
【圖文】：

提出了利用雙層結構吸收太陽能產(chǎn)生蒸汽的思路，，如圖1-2 所示。該結構的設計核心是將吸收的太陽能控制在結構表面，使其上表面形成高溫區(qū)域，而水體溫度依舊保持不變，通過材料的親水性能和毛細力將水輸送到上表面進行加熱蒸發(fā)。該雙層結構一般包括具有高光吸收率的光吸收層以及絕熱性能好、具有眾多便于液體流動的孔隙且親水性能好的絕熱供水層。實驗結果表明，與納米流體相比，雙層結構具有更高的蒸發(fā)效率，其在 10kW·m-2的太陽光光照強度下，蒸發(fā)效率可達 85%，而在納米流體的蒸發(fā)系統(tǒng)中，在 1000kW·m-2的太陽光光照強度下，蒸發(fā)效率僅為 24 %。通過利用雙層結構將能量控制在水體表面為太陽能海水淡化技術提供了更好的研究思路和方向，也推動了雙層太陽能海水淡化系統(tǒng)的發(fā)展。圖 1-2 材料漂浮在水體表面的界面加熱與熱局域示意圖[33]Figure 1-2 Interface heating and thermal local schematic diagram of materials floating on watersurface[33]

3 太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中金屬納米材料寬帶吸收等離子體膜示意圖he schematic of metal nanomaterials broadband absorption plasma filmgeneration system.[18, 37-39]的研究方面，近年來由于石墨烯材料具有優(yōu)異的光學、電學納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應革命性的材料[40-42]。Ito 等[43]通過化學氣相沉積（CVD）含氮和不含氮摻雜的三維多孔石墨烯片，如圖 1-4a 所示
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P747;TK124

【參考文獻】

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1 田甜;呂敏;田e

本文編號：2600019