太陽能熱化學技術作為太陽能利用的重要形式,可以實現(xiàn)對太陽能資源的儲存,為太陽能的跨地域、跨時域利用提供了可能。太陽模擬器和高溫熱化學反應器是進行太陽能熱化學技術研究的關鍵設備,設計滿足要求的儀器結構對反應機理的研究、反應過程的控制具有重要意義。本文的研究內(nèi)容包括高輻照均勻性的太陽模擬器結構設計和高溫熱化學反應器的結構設計兩大部分。太陽模擬器的設計工作針對熱化學技術的要求進行,通過結構參數(shù)以及聚集性能的計算得出標準橢球聚光單元模型,并分析了不同結構參數(shù)對橢球聚光單元聚集性能的影響。以輻照不均勻度作為衡量參數(shù),對標準橢球鏡進行面型的改進設計,得到了輸出能量更加均勻的聚光單元結構,并以該聚光單元為基本組成部分展開高功率的太陽模擬器設計工作,模擬器采用七碟正六邊形的布置方式,獲得了高輻照度和高輻照均勻性的能量輸出�；谔柲M器設計了高溫熱化學反應器,利用連接太陽模擬器和反應器的光熱轉化分析方法對反應腔壁面能量分布和反應器內(nèi)的熱輸運特性進行了計算分析。針對分析結果進一步對反應器的結構模型作出改進設計,提出錐形反應腔模型,計算了改進后的反應腔壁面能量分布和熱輸運特性,結果證明,改進后的反應器結構... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

聚光鏡布置方式

ZnO 以細顆粒狀與 CH4氣體一同進入后，沿著反應器內(nèi)壁面上的旋轉凹槽流動，在這一過程中，Ar 作為輔助氣體攜帶反應物進入反應腔內(nèi)。經(jīng)過測定，腔體內(nèi)的溫度在 1000K~1600K 的范圍內(nèi)時，氧化鋅的反應效率為 90%。2010 年，卡塔爾 Ozalp 等[51]利用 CFD 軟件對渦流式“SynMet”反應器的熱傳輸特性進行了模擬分析，計算結果顯示渦流狀的腔內(nèi)結構能夠明顯改善反應物的流動特性，并且增強了反應物質(zhì)間的傳熱行為。2011 年，日本 Kaneko 等[52]設計了一種新式旋轉反應器用作太陽能兩步水解制氫的研究，該反應器名為 TTR（Tokyo tech rotary-type solarreactor），屬于直射式反應器。反應器的內(nèi)部反應腔采用了負載 Mn-Fe（Ni0.5Mn0.5Fe2O4），CeO2和 Ni 的耐熱活性陶瓷，由窗口進入反應器的太陽輻射被陶瓷內(nèi)腔所吸收。研究過程得出該反應器中水解反應中氫氣生成和氧氣釋放的反應的最優(yōu)溫度分別是 1173K 和1473K 。該反應器的巧妙之處在于可以通過旋轉反應器來實現(xiàn)熱分解和水解反應由此實現(xiàn)氫氣的連續(xù)產(chǎn)出。該團隊利用塔式聚光器對氧氣的釋放反應進行了測試結果中 O2 的產(chǎn)生量要低于模擬值，但是實驗室規(guī)模的模型可以為后期反應器的大規(guī)�；峁┖芎玫囊罁�(jù)。

ZnO 以細顆粒狀與 CH4氣體一同進入后，沿著反應器內(nèi)壁面上的旋轉凹槽流動，在這一過程中，Ar 作為輔助氣體攜帶反應物進入反應腔內(nèi)。經(jīng)過測定，腔體內(nèi)的溫度在 1000K~1600K 的范圍內(nèi)時，氧化鋅的反應效率為 90%。2010 年，卡塔爾 Ozalp 等[51]利用 CFD 軟件對渦流式“SynMet”反應器的熱傳輸特性進行了模擬分析，計算結果顯示渦流狀的腔內(nèi)結構能夠明顯改善反應物的流動特性，并且增強了反應物質(zhì)間的傳熱行為。2011 年，日本 Kaneko 等[52]設計了一種新式旋轉反應器用作太陽能兩步水解制氫的研究，該反應器名為 TTR（Tokyo tech rotary-type solarreactor），屬于直射式反應器。反應器的內(nèi)部反應腔采用了負載 Mn-Fe（Ni0.5Mn0.5Fe2O4），CeO2和 Ni 的耐熱活性陶瓷，由窗口進入反應器的太陽輻射被陶瓷內(nèi)腔所吸收。研究過程得出該反應器中水解反應中氫氣生成和氧氣釋放的反應的最優(yōu)溫度分別是 1173K 和1473K 。該反應器的巧妙之處在于可以通過旋轉反應器來實現(xiàn)熱分解和水解反應由此實現(xiàn)氫氣的連續(xù)產(chǎn)出。該團隊利用塔式聚光器對氧氣的釋放反應進行了測試結果中 O2 的產(chǎn)生量要低于模擬值，但是實驗室規(guī)模的模型可以為后期反應器的大規(guī)�；峁┖芎玫囊罁�(jù)。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]太陽模擬器標準和直射陽光輻照度計量的研究[J]. 李杰.  標準科學. 2015(04)
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[8]可提高太陽模擬器均勻性的變形橢球面聚光鏡[J]. 呂濤,張景旭,付東輝,陳小云,劉杰.  光學學報. 2013(12)
[9]直接吸收太陽輻射集熱器/熱化學反應器的研究進展[J]. 朱群志.  上海電力學院學報. 2013(02)
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博士論文
[1]甲烷重整熱化學儲能過程催化反應及傳輸特性[D]. 杜娟.華南理工大學 2013

碩士論文
[1]太陽能裂解ZnO/Zn工質(zhì)中熱輸運特性[D]. 張慧媛.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]我國太陽能的空間分布及地區(qū)開發(fā)利用綜合潛力評價[D]. 沈義.蘭州大學 2014
[3]高輻照度太陽能模擬器的設計與實驗研究[D]. 李子衿.華北電力大學 2014
[4]月亮模擬器光學系統(tǒng)設計與輻照度均勻性分析[D]. 徐亮.長春理工大學 2009
[5]非成像光學系統(tǒng)設計方法及其在LED道路照明工程中的應用[D]. 黃健.浙江大學 2008
[6]太陽模擬器的輻射光譜研究[D]. 彭小靜.上海交通大學 2008



本文編號：3461211