本文關(guān)鍵詞：外加磁場(chǎng)強(qiáng)化磁性納米流體的光熱特性及機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：太陽(yáng)能作為一種蘊(yùn)藏著巨大能量的可再生清潔能源,取之不盡,用之不竭,分布廣泛,利用前景廣闊,而我國(guó)是太陽(yáng)能資源十分豐富的國(guó)家之一。太陽(yáng)能利用包括光-熱轉(zhuǎn)換、光-電轉(zhuǎn)換和光-化學(xué)轉(zhuǎn)換這三種形式。太陽(yáng)能熱利用是太陽(yáng)能利用的基本方式之一。太陽(yáng)能熱利用最關(guān)鍵的是如何提高集熱器的集熱效率。而提高集熱效率可以從優(yōu)化集熱器結(jié)構(gòu)以及開(kāi)發(fā)出新型的集熱工質(zhì)兩方面入手,鑒于目前傳統(tǒng)的平板式和玻璃真空管式集熱器都是采用間接集熱方式,太陽(yáng)輻射在通過(guò)選擇性涂層吸收并轉(zhuǎn)化為熱量后,還必須通過(guò)涂層涂覆的金屬板或玻璃管壁的導(dǎo)熱才能傳遞至工作介質(zhì),這種非直接的吸收過(guò)程大大影響了集熱器效率的提高。因此,一種直接吸收式太陽(yáng)能集熱器被提出,利用納米流體的優(yōu)異光吸收性能及高效導(dǎo)熱性能,可以提高其集熱效率。當(dāng)納米流體中的納米粒子是具有磁性的鐵、鈷、鎳或其氧化物等磁性粒子時(shí),納米流體就成為了磁性納米流體。磁性納米流體是一類(lèi)比較特殊的納米流體,具有磁性和流動(dòng)性的特點(diǎn)。當(dāng)外加磁場(chǎng)作用時(shí),粒子的分布結(jié)構(gòu)特征會(huì)發(fā)生變化,使得磁性納米流體的光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化,外加磁場(chǎng)有望進(jìn)一步強(qiáng)化磁性納米流體的光熱特性及導(dǎo)熱性能。本文以Co-H2O磁性納米流體為研究對(duì)象,圍繞其制備、熱物性、光學(xué)特性、光熱轉(zhuǎn)換特性以及直接吸收式太陽(yáng)能集熱器的集熱效率,開(kāi)展了以下研究工作。1.Co-H2O納米流體的制備。研究分散劑的加入量及p H值對(duì)Co-H2O納米流體分散穩(wěn)定性的影響。通過(guò)比較納米流體的Zeta電位絕對(duì)值和吸光度,結(jié)果表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04wt%的Co-H2O納米流體添加的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)最佳量為0.03wt%,p H=8.5時(shí),Co-H2O納米流體的Zeta電位絕對(duì)值和吸光度最高,相應(yīng)分散穩(wěn)定性最好。2.Co-H2O納米流體的熱物性。研究了納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒徑、p H值、溫度對(duì)納米流體導(dǎo)熱系數(shù)、比熱及粘度的影響。納米流體導(dǎo)熱系數(shù)隨著粒子濃度呈非線性增加,30℃時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01wt%的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比去離子水提高了6.23%,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt%時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)比去離子水提高了18.12%。小的粒徑比大粒徑對(duì)提高納米流體導(dǎo)熱性能更有優(yōu)勢(shì)。Co粒子的添加會(huì)降低基液的比熱,且納米流體的比熱隨著粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小。傳統(tǒng)的混合物加和原理不適用于納米流體比熱的計(jì)算,粒徑越小的納米流體比熱越大。采用錐板粘度計(jì)測(cè)量了Co-H2O納米流體的粘度,結(jié)果表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)及溫度對(duì)其粘度影響較大,實(shí)驗(yàn)所配置的Co-H2O納米流體經(jīng)不同剪切速率驗(yàn)證為牛頓型流體。3.Co-H2O納米流體的光學(xué)特性。在分析納米流體光學(xué)特性理論的基礎(chǔ)上,利用紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)結(jié)合積分球的原理對(duì)Co-H2O納米流體光學(xué)透射特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,主要研究了不同粒徑、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及不同光程下對(duì)太陽(yáng)能全波段(250nm?2500nm)透射率的影響。結(jié)果表明:在水中添加納米粒子改變了水的太陽(yáng)能光譜吸收特性,粒子的優(yōu)異光吸收性能使得納米流體的透射率在250~1370nm波段大大低于水的透射率。納米流體的透射率隨著粒徑的增大而減小,同時(shí)納米流體質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,透射率越低。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt%時(shí),Co-H2O納米流體在整個(gè)太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)透射率都接近為0,說(shuō)明這個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于納米流體做為集熱材料性能最佳。4.Co-H2O納米流體的光熱特性。納米粒子優(yōu)異的光吸收性能使得納米流體整體的光熱轉(zhuǎn)換能力加強(qiáng)。粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米流體的光熱特性影響較大,其溫升速率隨著粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而加大,但是粒子添加量也不宜過(guò)多,本實(shí)驗(yàn)最佳為0.1wt%,其最高溫度比水的高出30.3%。另外,粒徑的大小也會(huì)影響納米流體的光熱性能,粒徑越小光吸收能力越強(qiáng),導(dǎo)熱系數(shù)也越大。外加磁場(chǎng)對(duì)Co-H2O納米流體的光熱特性有一定強(qiáng)化作用,磁場(chǎng)強(qiáng)度有一最佳值,本實(shí)驗(yàn)中,最佳的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為30Gs,Co-H2O納米流體(0.04wt%,30Gs,50nm)的最高溫度相對(duì)于去離子水的可以提高39.5%。5.Co-H2O納米流體的太陽(yáng)能集熱應(yīng)用。通過(guò)自制的小型直接吸收式太陽(yáng)能集熱器,研究納米粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒徑、質(zhì)量流量、p H值以及外加磁場(chǎng)對(duì)直接吸收式太陽(yáng)能集熱器的性能影響。另外以一款常規(guī)的平板太陽(yáng)能熱水器為實(shí)驗(yàn)裝置,研究Co-H2O納米流體作為集熱工質(zhì),對(duì)其性能的影響。結(jié)果表明:在磁場(chǎng)強(qiáng)度為30 Gs的條件下,Co-H2O磁性納米流體(0.1wt%,30nm)的集熱效率比水提高了51.70%,比沒(méi)有加磁場(chǎng)的Co-H2O磁性納米流體提升了13.24%。粒徑越小對(duì)強(qiáng)化集熱效率更有效,粒徑為30nm的Co-H2O磁性納米流體,其集熱效率比粒徑為50nm的Co-H2O磁性納米流體提高了12.29%。傳統(tǒng)平板集熱器中的集熱性能表明,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt%的Co-H2O磁性納米流體集熱效率比水提高了22.31%。針對(duì)水箱中的最高水溫與最高得熱量而言,30nm質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt%的Co-H2O磁性納米流體相對(duì)于水作為工質(zhì)分別提高了11.18%和22.35%。
【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能 磁性納米流體 外加磁場(chǎng) 光熱特性 集熱效率
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TK513.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 主要符號(hào)說(shuō)明10-15
• 第一章 緒論15-41
• 1.1 課題研究背景及意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-39
• 1.2.1 納米流體導(dǎo)熱系數(shù)17-19
• 1.2.2 納米流體比熱19-22
• 1.2.3 納米流體粘度22-23
• 1.2.4 納米流體光學(xué)特性23-27
• 1.2.5 納米流體太陽(yáng)能集熱應(yīng)用27-39
• 1.3 本文主要工作內(nèi)容39-41
• 第二章 磁性納米流體制備及其熱物性研究41-73
• 2.1 引言41
• 2.2 分散方法41-42
• 2.3 分散過(guò)程42-48
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器42-43
• 2.3.2 納米流體穩(wěn)定性表征方法43-44
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程44-45
• 2.3.4 分散結(jié)果與分析45-48
• 2.4 磁性納米流體導(dǎo)熱系數(shù)研究48-56
• 2.4.1 測(cè)量方法48-49
• 2.4.2 測(cè)量?jī)x器49-51
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析51-54
• 2.4.4 納米流體導(dǎo)熱系數(shù)影響機(jī)理分析54-56
• 2.5 磁性納米流體比熱研究56-63
• 2.5.1 DSC法測(cè)量比熱容的原理56-57
• 2.5.2 測(cè)量?jī)x器57-58
• 2.5.3 結(jié)果及分析58-61
• 2.5.4 比熱理論模型61-62
• 2.5.5 納米流體比熱變化機(jī)理62-63
• 2.6 納米流體粘度特性研究63-71
• 2.6.1 測(cè)量?jī)x器63-64
• 2.6.2 測(cè)量原理64-65
• 2.6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析65-70
• 2.6.4 納米流體粘度增大的機(jī)理分析70-71
• 2.7 本章小結(jié)71-73
• 第三章 磁性納米流體光學(xué)特性研究73-89
• 3.1 引言73
• 3.2 納米流體光學(xué)特性理論73-78
• 3.2.1 輻射傳遞模型（RTE）73-75
• 3.2.2 有效介質(zhì)模型75-76
• 3.2.3 Mie理論76-77
• 3.2.4 瑞利(Rayleigh)散射理論77-78
• 3.3 納米流體光學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究78-88
• 3.3.1 測(cè)試儀器及方法78-80
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析80-86
• 3.3.3 消光系數(shù)的理論模型計(jì)算86-88
• 3.4 本章小結(jié)88-89
• 第四章 磁性納米流體光熱特性研究89-104
• 4.1 引言89
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法89-90
• 4.3 實(shí)驗(yàn)裝置90-94
• 4.3.1 磁場(chǎng)發(fā)生裝置90-92
• 4.3.2 光熱特性測(cè)試裝置92-94
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析94-103
• 4.4.1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)光熱特性的影響94-96
• 4.4.2 pH對(duì)納米流體光熱特性的影響96-97
• 4.4.3 粒子尺寸對(duì)納米流體光熱特性的影響97-98
• 4.4.4 磁場(chǎng)對(duì)納米流體光熱特性的影響98-103
• 4.5 不確定度分析103
• 4.6 本章小結(jié)103-104
• 第五章 磁性納米流體太陽(yáng)能集熱性能研究104-124
• 5.1 引言104
• 5.2 直接吸收式太陽(yáng)能集熱器性能研究104-114
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置104-107
• 5.2.2 太陽(yáng)能集熱器熱性能計(jì)算方法107-108
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)方法108
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析108-114
• 5.3 傳統(tǒng)平板太陽(yáng)能集熱器性能研究114-122
• 5.3.1 太陽(yáng)能集熱實(shí)驗(yàn)裝置115-116
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)方法116
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程116-117
• 5.3.4 集熱效率結(jié)果與分析117-119
• 5.3.5 水箱水溫與得熱量結(jié)果與分析119-121
• 5.3.6 沿程阻力系數(shù)分析121-122
• 5.4 不確定度分析122
• 5.5 本章小結(jié)122-124
• 第六章 總結(jié)與展望124-127
• 6.1 主要結(jié)論124-126
• 6.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)126
• 6.3 展望126-127
• 參考文獻(xiàn)127-142
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果142-144
• 致謝144-145
• 附件145

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：外加磁場(chǎng)強(qiáng)化磁性納米流體的光熱特性及機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：257706