脈動熱管(Pulsating Heat Pipe,PHP)是一種新型傳熱熱管,具有結(jié)構(gòu)簡單、傳熱能力強的特點。脈動熱管的啟動過程是一個非穩(wěn)態(tài)過程,啟動特性對于脈動熱管傳熱可靠性至關(guān)重要,通過實驗研究了啟動階段和穩(wěn)定運行階段的動態(tài)特性,并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和管內(nèi)流型建立了在給定加熱功率下的動態(tài)特性模型并計算了啟動時間、啟動溫度和動態(tài)特性參數(shù),為脈動熱管從未啟動階段到穩(wěn)定運行階段的傳熱傳質(zhì)機理研究提供了基礎(chǔ)。同時,對國內(nèi)外學者將脈動熱管應用于太陽能集熱器的相關(guān)研究進行分析,發(fā)現(xiàn)將納米流體作為集熱器的工質(zhì)可以有效提高集熱器的性能。利用紫外分光光度計對碳納米管、氧化石墨烯、富勒烯、納米銅和納米銀五種納米流體在200nm-2000nm波長范圍內(nèi)的透光率進行了測試,并研究了納米流體的吸光特性,為將納米流體作為集熱器的集熱工質(zhì)提供了基礎(chǔ)。基于此,實驗研究了聚光式脈動熱管太陽能集熱器的動態(tài)特性和光熱轉(zhuǎn)換特性,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對集熱器的光熱轉(zhuǎn)換效率進行計算。得到的主要結(jié)果和結(jié)論如下:(1)搭建了脈動熱管熱性能實驗系統(tǒng),基于脈動熱管在未啟動階段和穩(wěn)定運行階段的動態(tài)特性曲線,推導出了脈動熱管在穩(wěn)定運行階段工質(zhì)的動態(tài)特性。并利用時間常數(shù)τ和放大系數(shù)K定量描述了脈動熱管的動態(tài)特性。結(jié)果表明:脈動熱管在加熱功率為160W時取得最小熱阻和最小時間常數(shù),分別為0.28℃/W和75。當脈動熱管中的液態(tài)工質(zhì)的量隨加熱功率的增加而減小時,純工質(zhì)的動態(tài)特性時間常數(shù)減小。(2)納米顆�？梢允沽黧w表現(xiàn)出良好的光學特性,并且納米顆粒還存在吸收峰藍移、紅移以及吸收頻帶寬化現(xiàn)象,使其具備特殊的光吸收特性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):在水中添加納米顆�？擅黠@降低透光率,納米流體的透光率隨著納米流體濃度的增大而減小,其消光系數(shù)則是隨著納米流體濃度的增大而增大,且通過納米流體在200nm-2000nm的透光率和消光系數(shù)可以得到適合的濃度,使其在太陽能集熱應用中能有效改善光熱轉(zhuǎn)換效率。(3)搭建了聚光式脈動熱管太陽能集熱實驗系統(tǒng),并對集熱特性進行了研究。結(jié)果表明:當工質(zhì)同為HFE-7100時,聚光式脈動熱管的啟動特性和動態(tài)特性明顯優(yōu)于電加熱脈動熱管。碳納米管-水納米流體相比于HFE-7100,其時間常數(shù)和放大系數(shù)更小,動態(tài)特性更強。兩種質(zhì)量分數(shù)不同的碳納米管-水納米流體相比,質(zhì)量分數(shù)更高的碳納米管納米流體展現(xiàn)出更強的動態(tài)特性。質(zhì)量分數(shù)為0.0375wt%的碳納米管-水納米流體作為工質(zhì)時具有更高的光熱轉(zhuǎn)換效率,最高可達83.64%。
【學位單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK513.1
【部分圖文】：

第 1 章 緒論1.1 研究背景能源消耗和環(huán)境污染是目前我們所面臨的共同問題。在倡導保護環(huán)境的今天，可再生能源受到了普遍關(guān)注，可再生能源是取之不盡，用之不竭的能源，對環(huán)境基本無害。太陽能作為可再生能源的重要組成部分，其資源總量巨大,且太陽能資源在陸地和海洋均可開發(fā)利用，無需受到任何地域限制，是第三大可再生能源[1]。太陽能熱利用就是將太陽能輻射能轉(zhuǎn)化為熱能再利用。我國太陽能資源極其豐富，各地年輻射值 3344MJ/m2-8400MJ/m2，平均值為5852MJ/m2。而且太陽能資源分布范圍大（如圖 1-1），西部地區(qū)由于地理位置等原因，太陽輻射量大，屬一類地區(qū)，年輻射量最高可達 8400MJ/m2左右；其他地區(qū)的太陽輻射量也相當充足，屬于二類、三類和四類地區(qū)，年輻射量為 4190MJ/m2-6680MJ/m2；四川、重慶等地受盆地原因的影響，屬于五類地區(qū)，年輻射量最低為 3344MJ/m2左右。在國家大力支持推廣的背景下，太陽能在很多領(lǐng)域的發(fā)展前景廣闊。

第 1 章 緒論太陽能—電能，通過光生伏達效應把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，比如太陽能電池。用就是將太陽輻射能最終轉(zhuǎn)化成氫氣的過程。光生物利用是將太陽能轉(zhuǎn)化為生物程。太陽能低溫熱利用最廣泛的是太陽能熱水器等；中溫熱利用主要是太陽灶等熱利用主要是高溫太陽爐等（如圖 1-2 所示）。而在太陽能中低溫利用方面，太熱器是實現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備�！。╝）太陽能熱水器 （b）太陽房

Ahmadi A[7]等研究了石墨烯納米流體對平板太陽能集熱器熱性能的影響，明：利用石墨烯納米流體可以使集熱器效率提高 18.87%。He Q[8]等研究了 Cu-H2流體對平板太陽能集熱器效率的影響，結(jié)果表明：采用 Cu-H2O 納米流體（250.102wt％）作為吸收介質(zhì)，太陽能集熱器的效率提高了 23.83％。鄭兆志[9]等研同質(zhì)量分數(shù)、粒徑的 Cu-H2O 納米流體和水對平板集熱器效率的影響，結(jié)果表明分數(shù)較低的 Cu-H2O 納米流體的集熱效率明顯提高，而質(zhì)量分數(shù)較高的納米流體效率略有降低。另一種基本的太陽能集熱器是真空管集熱器（如圖 1-4 所示），真空管集熱熱性能受到傾斜角度、管間距和表面灰塵等[10-13]因素的影響，集熱器的最優(yōu)角根的改變而改變，根據(jù)月份調(diào)整可多增加 3%-15%的輻射量[14]。Collet 等[15]研究了和表面灰塵對真空管集熱器集熱效率的影響，合適管間距有助于提高集熱效率，塵對集熱效率的影響較大，最高可降低 40%左右。選擇性吸收涂層是影響真空管集熱器的主要因素，它在 300nm-2500nm 波段內(nèi)對于太陽輻射光的吸收能力較5000nm-50000nm 波段內(nèi)的吸收能力較弱[16]。楊秀[17]等研究了真空管太陽能集熱對集熱效率的影響，結(jié)果表明：集熱效率隨著集熱器溫度的升高而明顯下降。
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本文編號：2851265