收藏本站
《广东工业大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

太阳能吸收与热输运纳米黑液材料的制备与性能研究

毛凌波  
【摘要】: 太阳能热水集热器是目前可再生能源利用中唯一可与常规化石能源竞争的清洁能源利用装置,性能优良的集热器是太阳能热利用系统的关键。太阳集热器的性能主要由其集热效率来衡量,要提高集热器的效率,总的原则应该是,在保持最大限度地吸收太阳能的同时,尽可能减小其热损失。 本文率先提出了直接吸收式纳米黑液太阳热水集热器的概念。所谓纳米黑液,就是以一定的方式和比例在液相介质中添加黑色纳米粒子,形成一类新的太阳集热器的吸热与传热循环工质。纳米黑液太阳热水集热器利用纳米黑液直接吸收太阳辐射,因此,集热器的最高温度点出现在纳米黑液内部,有效的降低了集热器的散热损失。 为了制备适合用于直接吸收式太阳集热器的纳米黑液,本文通过将纳米颗粒与体积比为1:1的乙二醇水溶液直接混合,综合采用添加分散剂、超声波振荡、球磨等方法,改变纳米颗粒的表面性质,获得了炭黑、铜、碳包铜等几类分散稳定的纳米黑液。实验结果表明,纳米黑液的分散稳定性主要受到纳米颗粒的属性、分散剂的属性和含量、分散方式以及分散时间等因素的影响。所制备的纳米黑液分散体系具有很好的光热稳定性,而且对304不锈钢和硅橡胶等常用太阳能热水器材料不具有腐蚀性,对黄铜仅有轻微的表面脱锌腐蚀。 通过对纳米黑液的导热系数、粘度和比热容等热物性的测试,结合对纳米颗粒的特殊物化行为的理论分析,深入地研究了纳米黑液这类新型集热器循环工质的热物性与纳米粒子属性和含量、分散剂的属性和含量、温度以及悬浮稳定性之间的联系。研究结果表明,纳米黑液的导热系数和粘度随纳米粒子和分散剂的含量的增大而增大,但对于不同类型的纳米粒子和分散剂,导热系数和粘度增大的比例不同。此外,温度也是影响纳米黑液粘度的一个重要因素。由于纳米黑液中纳米粒子的量子效应和布朗运动,传统的计算固—液两相混合物导热系数和粘度的理论模型已不能真实反映纳米黑液的能量传递过程和流变行为。综合考虑纳米粒子的尺寸因素以及纳米黑液的溶剂化效应和电粘滞效应的影响后,可以得出纳米黑液粘度的修正式为:μ_(eff)=μ_f{1+2.5(1+△r/r)~3[1+1/Lμ_fr~2(εζ/2π)~2]φ}(1+350φ/r)。纳米黑液的比热容随纳米粒子和分散剂含量的增大而减小,减小的幅度因纳米粒子和分散剂的种类而异。温度对比热容的影响很小。由于纳米黑液的微观效应,纳米黑液的比热容不能用混合物比热容的加和原理进行计算。纳米黑液中纳米粒子表面振动的加强和固—液界面自由能状态的改变是导致纳米黑液的比热容不同于常规固—液混合物的比热容的主要原因。 由于纳米颗粒的吸收和散射的共同作用,纳米黑液对太阳辐射具有全波段强吸收的特性。闷晒实验结果表明,纳米黑液的光热转换性能要明显好于没有添加纳米粒子的乙二醇水溶液和常规黑漆吸收涂层。碳包铜纳米黑液由于具有高的传热系数和低的比热容,因此非常适合用作太阳集热器的吸热与传热循环工质。 本文参照国标“GB/T4271—2000《平板型太阳集热器热性能试验方法》”对自行研制的纳米黑液太阳热水集热器的集热效率进行了测试。实验结果表明,直接吸收式的纳米黑液太阳热水集热器显著提高了集热效率,实验中的最高瞬时集热效率可达74.688%,比传统平板型集热器的瞬时效率提高了近10%,显示出了极好的热性能。 由于纳米黑液优异的光热转换性能和流动性能,可以预料,将纳米黑液用作直接吸收式太阳热水集热器的循环工质,将大大提高集热器的集热效率。纳米黑液的提出为太阳热水集热器的发展提供了新方向,研究结果显示了纳米黑液在太阳能低温热利用领域具有广阔的应用前景和潜在的巨大经济价值。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴淑英;纳米复合蓄热材料强化相变传热实验与数值模拟研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨硕;热泵热水器储能换热器传热特性研究[D];华南理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周细应;李卫红;何亮;;纳米颗粒的分散稳定性及其评估方法[J];材料保护;2006年06期
2 毛凌波;张仁元;柯秀芳;陈枭;;直接吸收式太阳能集热系统研究综述[J];材料导报;2007年12期
3 周乐平,王补宣;准稳态法测量纳米颗粒悬浮液的热物性[J];工程热物理学报;2003年06期
4 余其铮,潘迎春,张东辉,季建刚,谈和平;蒙特卡罗方法对各向异性介质辐射特性的模拟[J];工程热物理学报;1996年01期
5 刘阳桥,高濂,孙静,郭景坤;丙烯酸类共聚物对纳米Y-TZP水悬浮液性质的影响[J];高等学校化学学报;2001年10期
6 宋影伟;刘福春;韩恩厚;;纳米二氧化钛水性分散体性能研究[J];功能材料;2006年03期
7 郭顺松;骆仲泱;王涛;赵佳飞;岑可法;;SiO_2纳米流体粘度研究[J];硅酸盐通报;2006年05期
8 王长顺;液态太阳能集热介质的研究[J];河南大学学报(自然科学版);1995年01期
9 夏新林,季建刚,谈和平,余其铮;含各向异性散射粒子的平板状半透明介质层发射特性[J];哈尔滨工业大学学报;1998年06期
10 黄勇,夏新林,谈和平,石家勋;含粒子半透明流层光谱吸收的蒙特卡罗法模拟[J];哈尔滨工业大学学报;2000年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期
2 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的表面处理[J];四川有色金属;2003年03期
3 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期
4 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期
5 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期
6 宫兆合,梁国正,王旭东;高性能机载雷达罩材料的研究进展[J];工程塑料应用;2002年12期
7 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期
8 齐陈泽,高辉,阎逢元,胡幼华,孙旭东,刘维民,郑小明;环氧树脂/纳米SiO_2复合材料摩擦学性能与正电子湮没谱的研究[J];工程塑料应用;2003年05期
9 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期
10 蒲侠,张兴华,周彦豪,童速玲;聚合物/纳米粘土插层复合材料的研究进展[J];工程塑料应用;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;;内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 王为;侯峰岩;郭鹤桐;;单分散Ni-ZrO_2纳米复合镀层的制备[A];2003年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2003年
3 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
4 李治岷;魏玉文;;黑体强化辐射传热节能新机理——加热炉再节能的新途径[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
5 姚春妮;郝斌;贾春霞;;太阳能热水系统贮热水箱温度分层实验结果及分析[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
6 郭立玮;陆文聪;董洁;刘亮;樊文玲;陈念贻;;数据挖掘方法优化中药水提液膜过程的研究[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
7 周淑军;左睿;;国内外平板太阳能涂层简析[A];2011中国太阳能热利用行业年会暨高峰论坛论文集[C];2011年
8 王顺成;戚文军;郑开宏;李景潭;;低温浇注和晶粒细化复合工艺铸造A356合金半固态坯料[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
9 解国珍;张新兴;王刚;;添加纳米微粒的溴化锂溶液稳定性和烧结特性的试验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
10 姜帆;欧阳新萍;李海珍;张同荣;;Turbo-B类池沸腾双侧强化管传热性能实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李冀辉;以鳞片石墨为原料的多功能碳材料的制备与应用研究[D];河北大学;2009年
2 田立朋;单质硅粉氧化法制备二氧化硅溶胶及其应用特性研究[D];山东科技大学;2010年
3 孙晶华;提高水下激光成像衬度的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
6 卫秀成;核壳结构纳米功能复合材料的制备、结构及性能研究[D];兰州大学;2010年
7 张勇;纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究[D];湖南大学;2010年
8 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
9 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年
10 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
3 齐天骄;铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备[D];中国工程物理研究院;2010年
4 李华;热电厂能量利用与节能技术改造研究[D];山东科技大学;2010年
5 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
6 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
7 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
8 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 甘自保;贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征[D];哈尔滨师范大学;2010年
10 赵紫军;(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李军,朱冬生,张立志,吴会军,赵朝晖;纳米技术在蓄热材料中的应用[J];材料导报;2003年S1期
2 李新芳;朱冬生;王先菊;;纳米流体强化相变蓄冷的数值模拟[J];低温工程;2009年01期
3 李明溪,何宝鹏;伯努利方程在燃气热水器中的应用[J];大学物理;1995年12期
4 郭茶秀;黄云浩;崔丽;刘亮;;电子元器件相变冷却的数值传热研究[J];电子器件;2008年05期
5 姬长发;肋片的几何参数对圆形内肋片管蓄冰特性影响[J];辽宁工程技术大学学报;2005年02期
6 张正国,方晓明,林培森;螺旋隔板花瓣管换热器的传热强化研究[J];工程热物理学报;2001年05期
7 崔海亭,袁修干,侯欣宾;蓄热技术的研究进展与应用[J];化工进展;2002年01期
8 张正国,文磊,方晓明,邵刚,黄弋峰;复合相变储热材料的研究与发展[J];化工进展;2003年05期
9 湛立智;李素平;张正国;方晓明;;添加碳素复(混)合相变储热材料的研究及应用进展[J];化工进展;2007年12期
10 徐国想;许兴友;邓先和;王智金;;我国能源利用及能源战略的思考[J];化工生产与技术;2006年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘玉东;纳米复合低温相变蓄冷材料的制备及热物性研究[D];重庆大学;2005年
2 王永川;相变储热热泵热水器及其关键技术研究[D];浙江大学;2006年
3 陶国良;高导热先进复合材料设计制备及应用技术研究[D];南京工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李曾敏;固体相变蓄热材料的蓄热和放热性能研究[D];重庆大学;2002年
2 孙旋;中常温相变蓄热的理论与实验研究[D];北京工业大学;2003年
3 徐斌;纳米铜粒/石蜡温敏复合材料的研制[D];浙江工业大学;2004年
4 崔勇;提高有机相变贮能材料导热系数的应用研究[D];河北工业大学;2004年
5 付江辉;有机蓄热相变材料的热化学研究[D];北京化工大学;2004年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 叶为标;热泵相变储能换热器强化传热数值模拟和实验研究[D];华南理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李得伦;石蜡相变材料的传热与控温性能研究[D];华南理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 霍玉秋,翟玉春;醇盐水解沉淀法制备二氧化硅纳米粉[J];微纳电子技术;2003年09期
2 韩爱军,李凤生,宋洪昌,聂福德;超细黑索今在水中的分散性研究[J];火炸药学报;2001年02期
3 陈祖茂,郑冲,冯元鼎;颗粒-流体系统表观粘度和粒子群曳力系数的研究[J];北京化工学院学报(自然科学版);1993年01期
4 陈延禧,韩佐青,王士逯;电化学表面技术在太阳能热转换中的应用[J];材料保护;1995年11期
5 杨修春,丁子上;原位一步合成纳米陶瓷新工艺[J];材料导报;1995年03期
6 汤枫秋,黄校先,张玉峰,郭景坤;纳米氧化锆粉体流变性能的研究[J];材料科学与工程;1999年01期
7 周艺,何小川,王炎根;Tween-80和SDBS对纳米TiO_2在水溶液中分散稳定性的影响[J];长沙电力学院学报(自然科学版);2002年04期
8 胡云香,周东祥,龚树萍,郑志平,吕文中;用柠檬酸三铵分散和稳定BaTiO_3水浆料[J];电子元件与材料;2000年06期
9 孙秀果,魏雨,贾振斌;纳米二氧化钛粉体在水中的分散行为[J];电子元件与材料;2003年05期
10 宣益民,李强;纳米流体强化传热研究[J];工程热物理学报;2000年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李强;纳米流体制备方法与输运参数的研究[D];南京理工大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭小飞;俞小莉;夏立峰;罗爱娇;;Al_2O_3纳米粉体悬浮液热物性实验研究[J];材料科学与工程学报;2007年01期
2 魏高升;刘育松;张欣欣;刘登瀛;;气凝胶及其复合绝热材料的导热系数测量[J];工程热物理学报;2011年04期
3 王东;孙晓红;赵维平;李明飞;;激光闪射法测试耐火材料导热系数的原理与方法[J];计量与测试技术;2009年03期
4 刘靖;温志强;;B510L钢热物性参数的实验研究[J];山东冶金;2008年01期
5 魏秋利;郭洪波;宫声凯;;电子束物理气相沉积Nd_2O_3和Yb_2O_3共掺杂的YSZ热障涂层研究[J];航空学报;2007年S1期
6 李晓波;曹伟涛;白聿钦;;AZ91D散热性能的研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2010年05期
7 张寅平,郑迎松,葛新石;多组相变材料多个热物性的同时测定性[J];科学通报;1997年14期
8 吴炜,梁乃刚,虞钢,巴发海;脉冲激光表面强化数值模拟及热物性参量影响[J];中国激光;2005年05期
9 李长庚,周孑民;金属材料熔点热物性动态测算新方法[J];冶金能源;2003年04期
10 顾毓沁;我国若干煤的热物理性质研究[J];中国科学A辑;1990年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑兴华;张璟;唐大伟;范学军;;谐波法航空煤油热物性测量研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
2 安玉娇;高岩;李德英;;U型管集热器流场和热特性的模拟研究[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集[C];2010年
3 李韬鹏;;高承压性集热器板芯多材复合制造工艺的探寻[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
4 邱林;邹越;黄莉;任耿;闫敏;;太阳能空气集热器热性能的实验研究[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集[C];2010年
5 赵春江;王恒龙;;太阳能建筑一体化集热器的研制和应用[A];全国住宅工程太阳能热水应用研讨会论文集[C];2004年
6 李世友;金贵军;周全;胡小龙;王秋华;;3种针叶树种树皮抗火性研究[A];2006浙江林业科技论坛论文集[C];2006年
7 李超;沈卫东;张振邦;;导热系数对红外隐身复合材料性能的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
8 王昌松;杨波;陈磊;陆小华;;从“摩擦生热”探讨刹车片的设计[A];第十一届中国摩擦密封材料技术交流暨产品展示会论文集(摩擦卷)[C];2009年
9 张洁;徐烈;;食品材料冻结过程的导热系数模型[A];上海市制冷学会二○○一年学术年会论文集[C];2001年
10 孟庆林;李宁;李秀辉;孙海涛;;玻化微珠改性试验研究[A];建筑环境与建筑节能研究进展——2007全国建筑环境与建筑节能学术会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 何建清;改型太阳能热水器提高建筑产能[N];中国建材报;2006年
2 李静华;壁挂式太阳能热水器市场仍待开拓[N];中国房地产报;2007年
3 证券时报记者 刘杨;高盛和鼎晖斥资近1亿美元逆势投资皇明集团[N];证券时报;2008年
4 高冠兴 记者 宋莉;我自主研发出中温太阳能真空集热管和集热器[N];科技日报;2010年
5 本报记者 蒙华 刘荣慧;设计多类型系统 完善太阳能热利用市场[N];中国建材报;2007年
6 王明峰;中国太阳能利用领先全球[N];人民日报海外版;2007年
7 高冠兴 宋莉;我国研发成功中温太阳能真空集热管和集热器[N];中国质量报;2010年
8 王明峰;我国太阳能利用领先全球[N];中国改革报;2007年
9 蓦妮;太阳能热利用科普问答(一)[N];中国建设报;2010年
10 本报记者 戴志忠;桑普平板式集热器独领市场风骚[N];中国房地产报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 毛凌波;太阳能吸收与热输运纳米黑液材料的制备与性能研究[D];广东工业大学;2008年
2 彭小飞;车用散热器中纳米流体高温传热基础问题研究[D];浙江大学;2007年
3 刘玉东;纳米复合低温相变蓄冷材料的制备及热物性研究[D];重庆大学;2005年
4 李晓燕;常规空调工况用相变材料的研制与应用基础研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
5 俞自涛;着火前木材传热传质过程的试验和理论研究[D];浙江大学;2005年
6 布文峰;表面下微尺度热结构测量方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
7 王铁行;多年冻土地区路基计算原理及临界高度研究[D];长安大学;2001年
8 李庆领;聚合物在挤出加工过程中的传热及流动特性研究[D];华中科技大学;2004年
9 谢晓娜;建筑能耗模拟用楼地和热桥传热计算方法研究[D];清华大学;2006年
10 宋青林;薄膜热学特性研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭晓洁;太阳能热水系统与建筑一体化应用技术研究[D];同济大学;2006年
2 卜江华;太阳能热水系统流体均布研究[D];昆明理工大学;2003年
3 刘俊;太阳能飞机飞行路线及溴化锂吸收式空调研究[D];西北工业大学;2004年
4 钱烨;上海地区太阳能热水系统与高层住宅的一体化研究[D];同济大学;2008年
5 易勇兵;太阳能水源热泵复合系统运行特性研究[D];湖南大学;2009年
6 刘凯波;太阳能热水系统工程计算机辅助设计系统的研究开发[D];昆明理工大学;2003年
7 宋光明;太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究[D];河北工业大学;2005年
8 刘逸;太阳能地源热泵式空调系统研究[D];大庆石油学院;2006年
9 周玲;太阳能膜蒸馏系统中集热器性能试验研究[D];内蒙古工业大学;2009年
10 韩俊峰;分体承压式太阳能热水器热性能分析与实验研究[D];内蒙古工业大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026