環(huán)境污染和能源緊張是人類目前面臨的兩大難題,太陽能因其資源豐富、使用過程清潔無污染等優(yōu)勢受到了人們的廣泛關(guān)注。太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)作為一種新型的太陽能熱利用技術(shù),不僅可以很好地解決太陽能分布不均的問題,而且還可以通過反應(yīng)轉(zhuǎn)換得到其他高品位能源。太陽能熱化學(xué)反應(yīng)器/集熱器是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的核心元件,目前的研究重點是提升反應(yīng)器的集熱效率和能量轉(zhuǎn)換效率。懸浮顆粒型直吸式太陽能熱化學(xué)反應(yīng)器依靠粒子系直接吸收太陽能,反應(yīng)腔內(nèi)能夠獲得更均勻的熱量分布,提升了集熱效率,并且可以降低腔體內(nèi)壁的熱負荷,因此具有較好的發(fā)展應(yīng)用前景。本文首先利用Mie理論對反應(yīng)器內(nèi)懸浮粒子系的熱輻射特性進行計算。計算結(jié)果表明,在一定質(zhì)量流量下,大粒徑顆粒的粒子系在0.2-10μm波段的衰減系數(shù)變化不大且值很小,小粒徑顆粒的粒子系的衰減系數(shù)隨波長的變化較大。衰減系數(shù)的峰值位置隨著粒徑的增大向波長大的方向移動。在0.5μm的粒徑下,增大顆粒的質(zhì)量流量(即增大體積分?jǐn)?shù))能夠在0.2-4μm波段顯著提高粒子系的衰減系數(shù)。其次搭建了旋流型直吸式太陽能熱化學(xué)反應(yīng)實驗裝置,分別對不同主流流速和保護氣流速下粒子系的吸熱特性進行實驗研究。實驗測試發(fā)現(xiàn)石英玻璃窗口有顆粒沾染現(xiàn)象,加大保護氣流速會減輕玻璃窗口的污染,提升腔體中心的溫度。利用Fluent軟件對實驗裝置內(nèi)的流場和溫度場進行數(shù)值模擬研究,模擬結(jié)果表明,部分顆粒會向石英玻璃窗口運動,與實驗過程出現(xiàn)的現(xiàn)象一致,加大保護氣流速可以降低玻璃窗口上的顆粒濃度。最后對帶有螺旋凹槽結(jié)構(gòu)的太陽能裂解反應(yīng)器進行傳熱特性分析,并利用Fluent軟件對反應(yīng)器內(nèi)甲烷高溫裂解制氫過程進行數(shù)值模擬研究。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)甲烷氣流中添加碳顆�？梢允狗磻�(yīng)腔獲得更加均勻的溫度分布,并且提升了反應(yīng)的轉(zhuǎn)換率。當(dāng)CH4氣流流速為0.5m/s,Ar氣流流速為1m/s時,添加質(zhì)量流量為10-5kg/s的碳顆粒,H2和C的產(chǎn)量分別提高了1.43mol/m3和0.56mol/m3。主流流速的增加可以增加氣流的旋流性、延長運動距離,但同時也加快了顆粒的運動速度,因此過高的主流流速反而降低了顆粒的停留時間,對集熱和反應(yīng)都不利。選用小粒徑顆粒,適當(dāng)增大顆粒的質(zhì)量流量可以提升氫氣的產(chǎn)量。
【學(xué)位單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TK51
【部分圖文】：

上海電力學(xué)院碩士學(xué)位論文及風(fēng)機消耗功率計算，并對集熱器出口溫4%，當(dāng)石墨顆粒床層高度達到 0.25μm 以上度。研究所的白鳳武等人[20-22]提出了一種石英管顆粒在石英腔內(nèi)流動，顆粒直接吸收太陽輻，僅有很少的顆粒被夾帶出石英管。經(jīng)實驗氣體，顆粒和氣體的溫差維持在 50℃左右。 Abraham Kogan 等人在太陽能裂解甲烷反應(yīng)是基于無顆粒型反應(yīng)器，Abraham 利用旋流碳顆粒在窗口的沉積，但是反應(yīng)的最大轉(zhuǎn)換大量沉積。為了使甲烷在腔體中心區(qū)裂解，反應(yīng)器，成功地將高溫區(qū)轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器的中主體由 a，b，c 三段組成，主流氣體通過反帶碳顆粒的氣體可以通過 d1，d2或 d3中的

圖 1-3 ROCA 熱化學(xué)反應(yīng)器的 Gokon 等人提出了一種新型的循環(huán)流化型直吸iFe2O4/m-ZrO2兩步法水解制氫。其設(shè)計的 2 種反料為石英，右圖反應(yīng)腔材料為不銹鋼。聚焦后的太射到腔體中心，并直接加熱內(nèi)部循環(huán)流化床中的以產(chǎn)生內(nèi)部循環(huán)，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)換率。實驗發(fā)現(xiàn)，不得更好的熱效率。隨后使用不銹鋼腔體在輸入功器下進行測試，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率為 45%，腔體內(nèi)

圖 1-3 ROCA 熱化學(xué)反應(yīng)器本新瀉大學(xué)的 Gokon 等人提出了一種新型的循環(huán)流化型直吸式太陽能熱-27]，利用 NiFe2O4/m-ZrO2兩步法水解制氫。其設(shè)計的 2 種反應(yīng)裝置如圖圖反應(yīng)腔材料為石英，右圖反應(yīng)腔材料為不銹鋼。聚焦后的太陽輻射通過透明窗口照射到腔體中心，并直接加熱內(nèi)部循環(huán)流化床中的反應(yīng)物顆粒設(shè)引流管可以產(chǎn)生內(nèi)部循環(huán)，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)換率。實驗發(fā)現(xiàn)，不銹鋼材料的英管能夠獲得更好的熱效率。隨后使用不銹鋼腔體在輸入功率為 1.6-1.c 太陽能模擬器下進行測試，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率為 45%，腔體內(nèi)能夠獲得的200℃。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2826539