【摘要】：聚光光伏系統(tǒng)(CPV)以其獨特優(yōu)點在光伏發(fā)電領(lǐng)域具有廣泛的應用前景,但其對聚光光伏電池冷卻系統(tǒng)的要求較高,傳統(tǒng)平直微通道存在沿工質(zhì)流動方向上溫度梯度和壓力梯度較大的缺點,越來越不能滿足散熱要求,因此,設(shè)計開發(fā)包括橫斷擾流微通道(IMCHS-R)在內(nèi)的新型微通道,深入研究橫斷擾流微通道的強化傳熱機理及流動和傳熱特性具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文建立了工質(zhì)為水,固體材料為硅的橫斷擾流微通道三維物理模型,確定了處于層流充分發(fā)展下的橫斷擾流微通道數(shù)學模型,進行網(wǎng)格劃分,將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比,證明了模型可靠。將IMCHS-R和傳統(tǒng)微通道(MCHS)及橫斷微通道(IMCHS)的流動與傳熱特性進行了對比研究,揭示了其強化傳熱機理。結(jié)合控制變量法研究了流動參數(shù)(Re)和擾流元結(jié)構(gòu)參數(shù)(無量綱擾流元寬度W_2/W_1、無量綱擾流元長度L_2/L_1、無量綱擾流元位置S/L_1)對IMCHS-R流動和傳熱特性的影響。研究結(jié)果表明,高Nu_(local)和f_(local)區(qū)域分布在擾流元頭部及第二部分微通道入口區(qū)域,在這兩個區(qū)域流體劇烈撞擊壁面,造成強烈擾動;當L_2/L_1=0.5、S/L_1=0.5時,在Re小于300時,W_2/W_1=0.5的綜合換熱系數(shù)(PEC)值最大,在Re大于300時,W_2/W_1=0.3的IMCHS-R的PEC值最大;當W_2/W_1=0.5、S/L_1=0.5時,在Re小于500時,L_2/L_1=0.5的IMCHS-R的PEC值最大,在Re大于500時,L_2/L_1=0.7的IMCHS-R的PEC值最大;當W_2/W_1=0.5、L_2/L_1=0.5時,S/L_1=0.5的IMCHS-R的PEC值最大�；趯α鲹Q熱熵產(chǎn)模型,進行了局部和平均傳熱和粘性耗散熵產(chǎn)特性研究。邊界層內(nèi)的局部熵產(chǎn)特性驗證了第三章的Nu_(local)和f_(local)分布規(guī)律。平均傳熱熵產(chǎn)排序:IMCHSMCHSIMCHS-R,平均阻力熵產(chǎn)排序:IMCHS-RMCHSIMCHS,平均Be_(ave)排序:IMCHSMCHSIMCHS-R。平均傳熱熵產(chǎn)和平均Be_(ave)隨著雷諾數(shù)的增加、無量綱擾流元寬度的增加、無量綱擾流元長度的增加、擾流元位置非對稱程度的增加而減小;平均阻力熵產(chǎn)隨著雷諾數(shù)的增加、無量綱擾流元寬度的增加、無量綱擾流元長度的增加、擾流元位置非對稱程度的增加而增加。基于上述研究,進行了擾流元形狀優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果表明,當偏移角度θ為45°時,無量綱擾流元頭部寬度δ/W_2增加,流體撞擊擾流元之后流動轉(zhuǎn)變更加劇烈,擾動更加強烈,高Nu_(local)和高f_(local)區(qū)域面積增加,平均換熱性能增加,平均阻力變大,得到最優(yōu)PEC值對應的無量綱擾流元頭部寬度為δ/W_2=2/3;當無量綱擾流元頭部寬度δ/W_2為1/3時,偏移角度θ增加,流體撞擊擾流元之后流動轉(zhuǎn)變更加劇平順,擾動更小,高Nu_(local)和高f_(local)區(qū)域面積減小,平均換熱性能減弱,平均阻力變小,得到最優(yōu)PEC值對應的偏移角度為:當Re800為θ=45°,當Re800為θ=60°。
【圖文】：

1.1 課題背景及研究意義當今社會，全球經(jīng)濟繁榮發(fā)展，對能源的需求量巨大，且呈逐年增長趨勢，炭、石油、天然氣等化石能源長久以來極大地支撐和推動著人類社會的進步和發(fā)而化石能源儲量有限，大規(guī)模的開采和應用已使人們面臨著資源枯竭的威脅。此化石能源使用過程中排放大量有害的氣體，導致環(huán)境惡化，如燃煤導致大氣中PM 2.5 居高不下；排放出的大量二氧化碳導致全球氣候變暖。根據(jù)國際能源協(xié)（International Energy Agency, 簡稱 IEA）的預測，以目前的發(fā)展趨勢，截止 20年全球能源消耗將增加 50%；同時，大氣層中溫室氣體的增加使得全球氣溫明升高，并有可能引發(fā)一系列的環(huán)境問題。為了解決上述問題，目前越來越多的國開始著力于研究清潔可再生能源利用技術(shù)，根據(jù) IEA 的研究預測，到 2035 年可生能源將提供全球 35%的供電量[1]。常見的可再生能源包括太陽能、風能、核能地熱能、生物質(zhì)能、潮汐能等，其中太陽能因為具有清潔、可再生、分布廣、容獲取等優(yōu)點而獲得廣泛應用。圖 1-1 給出了我國太陽能的資源分布，可以看出，國擁有十分豐富的太陽能資源，，尤其在包括西藏、新疆等地的西北地區(qū)。在我國太陽能的開發(fā)利用具有十分廣闊的市場應用前景。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文技術(shù)。光伏電池經(jīng)歷了晶硅電池、薄膜電池的發(fā)展，已經(jīng)取得了廣泛的應用，由于太陽能電池的成本很高，轉(zhuǎn)換效率很低，因此光伏技術(shù)被稱為最昂貴的可能源技術(shù)之一，其發(fā)展受到了一定的限制。但是近年來出現(xiàn)了太陽能聚光光Concentratedphotovoltaic, 簡稱 CPV），這種光伏系統(tǒng)采用具有大光譜吸收、高效率等優(yōu)點的 III-V 族化合物組成的多結(jié)電池，被認為是未來建造大型支撐電最理想的太陽能發(fā)電技術(shù)。圖 1-2 給出了 CPV 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖，CPV的主要組成為：聚光模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、冷卻模塊及追蹤模塊。CPV 系統(tǒng)菲涅爾透鏡、拋物面反射器、復合拋物面聚光器等光學器件將太陽光聚集到小伏電池上以實現(xiàn)降低成本、提高光電轉(zhuǎn)換效率的目的[3,4]。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK124

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本文編號：2646730