硅油光-热老化气升式外环流反应器流动特性研究

摘要

在聚光光伏系统中，为了保证聚光硅电池在高光强下的转换效率，选择二甲基硅油作为液浸液体对太阳电池进行冷却。因此二甲基硅油的长期适用性对液浸聚光光伏系统工程的推广至关重要。但是针对传统液体老化试验的不足，设计并制作了用于二甲基硅油光-热老化试验的气升式外环流光化学环隙反应器。主要研究了反应器的流动特性，同时也对反应器的传热特性和光强分布做了初步研究。
　　（1）采用压差法和粒子示踪法研究了表观气速、液体粘度、温度以及固含率对气含率和循环液速的影响。结果表明表观气速、液体粘度和温度的增加有利于气含率的增加，固含率在0.75％时，上升区气含率最高；表观液速随表观气速和温度的增加而增加，随粘度的增加而减小，循环液速在固含率为0.5%-0.75%时出现最大值；反应器的升温速率在表观气速为0.06m/s时最大，同时，反应区温度轴向分布较均匀，表观气速越大，温度分布越均匀。
　　（2）应用光学理论，建立了反应区内光强的分布；应用两相流理论，建立了上升管气含率关联式。在整个操作参数范围内，将两相流流型分为泡状流和过渡弹状流两种流型；并应用拟均相流和改进的分相流假设分别建立流动平衡方程，获得循环液速的预测公式。与实验结果相比，气含率的平均误差为7.3%，表观液速在泡状流和过渡弹状流流型下的平均误差分别为4.43%和3.52%。
　　（3）在Fluent软件中采用欧拉多相流模型和RNG k-ε湍流模型对反应器进行了三维全尺寸数值模拟，分析了结构参数、操作参数和硅油物性参数对反应器中气液两相流动的影响，得到反应器内循环液速和气含率等参数的分布。模拟结果与实验结果有较好的一致性。模拟结果表明：硅油粘度越小，循环液速越大，气含率越小；反应器适宜操作气速范围为（0.02-0.04）m/s；反应器最佳高径比和环隙面积比47.6和0.31-0.41。

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第一章 文献综述

1.1液浸光伏技术介绍

1.2气升式环流反应器简介

1.3气升式反应器中流体力学数值模拟

1.4论文工作的提出

第二章 气升式外环流光化学反应器的实验研究

2.1实验流程与内容

2.2实验结果与讨论

2.3本章小结

第三章 气升式外环流光化学反应器的数学模型

3.1反应器中光分布计算

3.2气含率

3.3液相循环速度

3.4本章小结

第四章 气升式外环流光化学反应器的数值模拟与优化设计

4.1计算流体力学简介

4.2 数值模拟过程

4.3 数值模拟优化结果

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

结论

展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢