纳米流体热管太阳能集热装置换热性能的研究

摘要

能源是人类生存和社会发展的重要物质基础，合理的开发和利用能源具有重要的意义。以矿物燃料为主的化石能源正日益枯竭，以新能源和可再生能源替代化石能源是当今社会发展的必然趋势。新能源和可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能等。
　　 在众多的可再生能源中，最理想的是太阳能。太阳能是地球上各种可再生能源的根本，且取之不尽、覆盖面广，对环境没有任何污染。太阳能发展的主要方向是光伏发电和热利用，能否有效的解决太阳能的收集、储存、转换问题是大规模应用太阳能的关键。
　　 本课题提出了一种提高太阳能集热器换热性能的新方法，介绍一种将玻璃真空管技术和热管技术相结合形成玻璃真空管内插热管式太阳能集热器，经实验发现玻璃真空管内插热管式太阳能集热器的平均热损失系数低于全玻璃真空管，结构上具有一定的优越性。把玻璃真空管中内插热管的工质由纳米流体(Fe3O4)代替纯水，纳米流体从强化工质传热性质的角度增强了换热，提高了热管的换热性能及太阳能集热装置的热性能，开辟了强化换热的又一新途径。
　　 为了研究纳米流体工质的玻璃真空管内插热管式太阳能集热器的热性能，本课题自行设计了换热系统实验台，实验系统包括四大部分：真空热管换热系统；冷却系统；测量系统和数据采集系统。实验中分别把纳米流体和纯水作为热管的工质，对玻璃真空管内插热管式太阳能集热器进行对比研究，发现热管的工质对玻璃真空管内插热管式太阳能集热器的热性能影响较大，纳米流体热管太阳能集热器的日平均效率、瞬时效率均要高于水基热管太阳能集热器，并且二者的日平均效率曲线变化的趋势相同，两组集热管最佳倾角在45°左右；两组集热器的瞬时效率曲线的变化都是先变小，然后逐渐增大，接着又变小的过程。
　　 以纳米流体(Fe3O4)为工质的玻璃真空管内插热管式太阳能集热器，为太阳能集热器高效、安全、稳定的运行，为进一步提高太阳能集热器换热性能提供了新思路。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 能源概述

1.1.2 太阳能研究现状及存在的问题

1.2 研究目的和意义

1.3 研究内容及创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新之处

1.4 本章小结

第二章 太阳能纳米流体热管集热原理

2.1 太阳能概述

2.1.1 太阳能的特点

2.1.2 太阳能利用基本方式

2.1.3 我国的太阳能资源

2.2 纳米流体概述

2.2.1 纳米流体的导热特性

2.2.2 纳米流体的对流换热特性

2.2.3 纳米流体的沸腾换热特性

2.3 热管概述

2.3.1 热管原理

2.3.2 热管基本特性和分类

2.3.3 热管应用在太阳能集热器中的研究

2.4 太阳能集热器概述

2.4.1 平板型集热器

2.4.2 U型管式全玻璃真空管集热器

2.4.3 热管真空管集热器

2.4.4 复合抛物面(CPC)集热器

2.4.5 全玻璃真空管太阳能集热器

2.5 玻璃真空管内插热管式太阳能集热器

2.6 本章小结

第三章 玻璃真空管内插热管式太阳能集热器实验

3.1 综合试验台

3.1.1 真空热管换热系统

3.1.2 冷却系统

3.1.3 测量系统

3.1.4 数据采集系统

3.2 本章小结

第四章 实验结果分析

4.1 平均热损失系数的比较

4.1.1 平均热损失系数

4.1.2 平均热损失系数的测试

4.1.3 平均热损失系数的分析

4.2 日平均效率的比较

4.2.1 日平均效率

4.2.2 日平均效率的分析

4.3 瞬时效率的比较

4.3.1 瞬时效率方程

4.3.2 瞬时效率的分析

4.4 实验数据的误差分析

4.5 实验结论

4.6 本章小结

结论和展望

1、结论

2、展望

参考文献

致谢

附录A: 攻读学位期间参加科研项目和发表论文情况