【摘要】：利用太陽能集熱技術產(chǎn)生溫度為80-250℃左右的中溫蒸汽,用于驅(qū)動制冷空調(diào)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電、海水淡化以及工業(yè)加熱等,具有巨大的節(jié)能潛力和應用前景。目前我國太陽能熱利用主要集中在采用玻璃真空管、平板式集熱器的低溫熱水系統(tǒng),而在中溫區(qū)的應用很少。常規(guī)的太陽能中溫集熱裝置存在吸熱管的玻璃與金屬封接工藝難、吸收涂層的高溫耐久性不高等缺陷,特別是對于太陽能直接蒸汽發(fā)生裝置,蒸發(fā)管內(nèi)兩相流型的劇烈變化更容易導致集熱管沿周向溫差增大,熱應力導致玻璃管破裂,導致設備制造和運行維護成本高,嚴重限制了其應用推廣。因此,高性能的太陽能中溫蒸汽發(fā)生技術的研究顯得尤為重要和迫切。本文提出了一種納米流體集熱式太陽能集熱蒸汽發(fā)生器(NSVG),采用雙層透明無涂層真空玻璃集熱管,管內(nèi)同軸放置蒸發(fā)套管,二者之間充灌具有很強光輻射吸收性能的納米流體,用于直接吸收太陽能,同時將收集的熱量加熱工作流體產(chǎn)生蒸汽。在對石墨烯/導熱油納米流體的熱物性以及光譜吸收特性的研究基礎上,重點開展了非均勻聚光條件下納米流體集熱、傳熱及蒸汽發(fā)生特性的模擬研究,主要工作如下:(1)在對納米流體集熱-傳熱過程機理分析基礎上,根據(jù)太陽能蒸汽發(fā)生器的熱平衡原理建立了NSVG的集熱-傳熱數(shù)學模型,將透過雙層玻璃并被納米流體吸收的太陽能輻射集熱過程等效于流體內(nèi)部的不均勻“內(nèi)熱源”,與傳熱過程相耦合。同時,建立了傳統(tǒng)帶吸收涂層的蒸汽發(fā)生器(SVG)的集熱-傳熱數(shù)學模型進行對比。(2)配制了四種不同質(zhì)量分數(shù)的石墨烯/導熱油納米流體,實驗測得了納米流體的熱導率、粘度等基礎熱物性,并得到了納米流體的物性擬合公式;測試分析了納米流體的輻射吸收特性,計算得出了太陽能全光譜范圍的平均吸收系數(shù)。(3)基于建立的數(shù)學模型與測得的納米流體物性,對新型NSVG和傳統(tǒng)SVG的中溫集熱與蒸汽發(fā)生性能進行了CFD模擬及對比分析。結(jié)果表明:非均勻聚光條件下,NSVG中納米流體溫度分布更加均勻,集熱管內(nèi)管壁面溫差明顯降低,納米流體與蒸發(fā)工質(zhì)間的傳熱得到強化;蒸汽發(fā)生溫度在一定范圍內(nèi)時,NSVG的集熱效率高于傳統(tǒng)SVG。其次,歸納了納米流體濃度、太陽輻射強度、蒸發(fā)套管直徑、蒸汽發(fā)生溫度等因素對NSVG集熱性能的影響規(guī)律,給出了納米流體濃度、集熱管結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方案,以提高裝置熱性能。
【圖文】：

圖 1-1 2009-2014 年全球可再生能源年均增長率[1]太陽能中溫熱利用仍然有較高的提升空間，有用 R245fa，R236ea 等有機物為工質(zhì)，可利用汽化進而儲存熱量。如果能夠提高太陽能在中活生產(chǎn)領域，從根本上解決傳統(tǒng)的太陽能中高等問題，將推動我國節(jié)能降耗和減排的發(fā)展。能集熱器（DASC）原理集熱器[5]（Directaborbsolarcollector，簡稱 DA利用透明容器內(nèi)的集熱介質(zhì)直接吸收太陽輻射有根本區(qū)別。ASC 原理圖，DASC 由雙層透明無涂玻璃管組吸熱材料，也是傳熱和載熱材料，太陽能輻射

（a）為與原理圖，（b）為實物圖。直通式—金屬玻璃真空管由玻璃外管組成，內(nèi)外兩管之間為真空夾層，不銹鋼管外表面鍍有選擇性涂層，內(nèi)區(qū)間端口熔封起來，吸熱管與集熱系統(tǒng)均為波紋管連接。直通式—金屬玻要分為兩種，一種是內(nèi)膨脹真空集熱管，另一種外膨脹真空集熱管[12]，主接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效緩沖金屬內(nèi)管和玻璃外管之間不均勻熱損失小，，可規(guī)�；a(chǎn)，需要時進行組裝。但是主要問題有：璃與金屬管之間的焊接工藝技術難度要求高，使用中很難保持長時間的真成本非常的昂貴，約為 U 型真空集熱管的 10 倍。擇性吸收涂層以金屬管受熱均會膨脹，兩者受熱膨脹程度不同，因此導致不銹鋼管管內(nèi)直接產(chǎn)生蒸汽，有一段區(qū)域處于汽液兩相區(qū)，流型的變化將沿周向溫度分布不均。集熱管由于受熱不均而變形，系統(tǒng)運行的可靠性受情況下會導致集熱管炸裂從而引發(fā)安全問題。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK513.1

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 徐國英;陳偉;張小松;孫岳明;;納米流體直接吸收式太陽能中溫集熱與熱損分析[J];工程熱物理學報;2015年05期

2 徐國英;李凌志;張小松;孫岳明;;添加不同納米顆粒的導熱油直接吸收集熱實驗性能[J];化工學報;2014年S2期

3 紀軍;何雅玲;;太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基礎理論與關鍵技術戰(zhàn)略研究[J];中國科學基金;2009年06期

4 彭小飛;俞小莉;夏立峰;鐘勛;;納米流體懸浮穩(wěn)定性影響因素[J];浙江大學學報(工學版);2007年04期

相關博士學位論文 前1條

1 李強;納米流體強化傳熱機理研究[D];南京理工大學;2004年

本文編號：2615205