【摘 要】
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相比于传统导热流体,纳米流体有更高的导热系数和换热能力,一直是研究的热点。但是,现有的光热转换研究大多局限于集热器单个设备,没有建立成套系统。为此,本文以氟化液(Novec7100)为基液,制备了一种新型多壁碳纳米管纳米流体(MWCNTs-N)。研究了MWCNTs-N的稳定性、粘度、导热系数,通过自制太阳能集热装置结合TRNSYS模拟研究了MWCNTs-N在整个系统中的光热转换性能。运用两步法制备
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相比于传统导热流体,纳米流体有更高的导热系数和换热能力,一直是研究的热点。但是,现有的光热转换研究大多局限于集热器单个设备,没有建立成套系统。为此,本文以氟化液(Novec7100)为基液,制备了一种新型多壁碳纳米管纳米流体(MWCNTs-N)。研究了MWCNTs-N的稳定性、粘度、导热系数,通过自制太阳能集热装置结合TRNSYS模拟研究了MWCNTs-N在整个系统中的光热转换性能。运用两步法制备MWCNTs-N,并研究其稳定性。与其他纳米流体一样,分散剂和超声振荡均能够提高MWCNTs-N的稳定性。用沉降速度理论分析Novec7100、乙二醇、去离子水三种基液纳米流体的稳定性差异,发现其稳定性与基液的粘度和密度密切相关,粘度、密度越大越有利于稳定。使用Hotdisk热常数分析仪和NDJ-5S旋转粘度计对不同基液纳米流体的导热系数和粘度进行了研究。分析了温度和体积分数对MWCNTs-N导热系数和粘度的影响,并结合经典理论模型对粘度进行了分析。结果表明:体积分数增加会增大MWCNTs-N的粘度和导热系数,温度升高会增加导热系数但是会减小粘度。其中,体积分数对MWCNTs-N导热系数和粘度的影响呈现线性变化。通过对MWCNTs-N及其基液进行闷晒来研究其光热转换性能。分析了体积分数、基液种类等因素对MWCNTs-N集热性能的影响。MWCNTs-N的升温速率较基液快,闷晒1h后,体积分数0.05%的MWCNTs-N温升达到27.1℃;体积分数0.01%达到25.8℃;而基液温升为12.9℃。但是,由于Novec7100的比热容较低,在相同体积分数下,MWCNTs-N的集热量和集热效率低于MWCNTs-H2O和MWCNTs-EG。利用TRNSYS软件建立对应的太阳能集热系统模型。分析在不同工质条件下太阳能集热器全年的运行情况。结果表明:MWCNTs-N能够提高集热器获得的有用能,体积分数从0增加到0.05%,集热器获得的有用能从11476.04kJ增加到18906.67kJ。在不同区域使用会影响集热器的集热性能。
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