宋景東,孫娟,孫斌(東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,吉林 吉林 132012)
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研究開(kāi)發(fā)
太陽(yáng)集熱管納米流體的光熱性能實(shí)驗(yàn)
宋景東,孫娟,孫斌
(東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,吉林 吉林 132012)
摘要:采用兩步法制備SiC-H2O、TiC-H2O、Al2O3-H2O(α和γ)4種納米流體,通過(guò)悶曬實(shí)驗(yàn)研究了4種納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能,分析了顆粒種類(lèi)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分散劑、pH值、顆粒形狀對(duì)納米流體光熱轉(zhuǎn)換性能的影響,并且對(duì)比了普通玻璃管內(nèi)納米流體與全玻璃真空管內(nèi)水的集熱性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能優(yōu)于去離子水和全玻璃真空管,其中TiC-H2O納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能最好,最高溫度比水高出21.76%;分散劑能增強(qiáng)納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能,并且不同納米流體最適合的分散劑也不同;納米流體存在其最佳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH值,其中SiC-H2O最適宜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,最佳pH值為9;粒子形狀對(duì)光熱轉(zhuǎn)換性能有較大影響。在55 ℃以下,SiC-H2O納米流體直接吸收式集熱效率高于全玻璃真空管內(nèi)水的間接吸收集熱效率,兩者效率的最高差值可達(dá)30%。但在更高溫度下,納米流體集熱效率迅速下降。
關(guān)鍵詞:納米流體;光熱性能;太陽(yáng)能;太陽(yáng)集熱管;穩(wěn)定性
第一作者及聯(lián)系人:宋景東(1968—),男,碩士,研究員,研究方向?yàn)槎嘞嗔鲃?dòng)與傳熱。E-mail 2356035718@qq.com。
1995年CHOI[1]首次提出納米流體的概念之后,納米流體因其良好的熱運(yùn)輸性能和納米粒子特殊的光吸收性能[2],受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。并針對(duì)多種納米流體在太陽(yáng)集熱器中的光熱轉(zhuǎn)換性能和熱效率進(jìn)行了研究。例如毛凌波等[3]研究了碳包銅納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能。YOUSEFI等[4-5]實(shí)驗(yàn)研究了MWCNT-H2O納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、流速、pH值等對(duì)太陽(yáng)集熱器熱效率的影響。何欽波等[6]采用紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)結(jié)合積分球原理測(cè)試了Cu-H2O、Co-H2O、MWCNT-H2O的透射率,表明不同粒子在不同波段有不同的光吸收性能。另外研究者對(duì)納米流體的黏度、熱導(dǎo)率和穩(wěn)定性方面研究也較多[7-9]。
針對(duì)SiC、TiC這兩種粒子光熱轉(zhuǎn)換性能方面研究較少,尤其缺乏粒子形狀對(duì)光熱轉(zhuǎn)換性能影響的實(shí)驗(yàn)研究。因此,本文選用SiC、TiC、Al2O3(α和γ)4種納米粒子對(duì)其光熱轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并且對(duì)比了納米流體與全玻璃真空管的集熱性能,分析了納米流體種類(lèi)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分散劑、pH值和粒子形狀對(duì)光熱轉(zhuǎn)換性能的影響,以求為探索納米流體光熱轉(zhuǎn)換性能提供支持。
1.1 納米流體的配制
本實(shí)驗(yàn)采用兩步法配制納米流體。實(shí)驗(yàn)選用SiC、TiC、Al2O3(α和γ)4種納米粒子,表1為納米粒子的參數(shù)。首先稱量一定質(zhì)量的納米粒子,將其與去離子水(基液)混合,然后加入一定量的分散劑,本實(shí)驗(yàn)分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨和阿拉伯樹(shù)膠。使用 HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)納米流體的pH值。使用雷磁SJ-3F實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)來(lái)測(cè)定溶液的pH值。最后放在超聲波震蕩儀中(超聲波頻率為40kHz)震蕩30min。圖1 為4種納米粒子的掃描電鏡(SEM)圖像。
表1 納米粒子的參數(shù)
1.2 納米流體的穩(wěn)定性
納米流體的穩(wěn)定性非常關(guān)鍵,不僅影響納米流體的熱物性也是科研和工程應(yīng)用的前提。圖2(a)為室溫下通過(guò)沉降法觀測(cè)4種納米流體實(shí)驗(yàn)結(jié)束后30天內(nèi)的穩(wěn)定性的照片。納米流體的分散劑都采用十二烷基苯磺酸鈉,經(jīng)過(guò)觀察,30天后4種納米流體沒(méi)有明顯的分層現(xiàn)象,都有很好的懸浮效果,穩(wěn)定性較好。同時(shí)采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量懸浮液的透射率用以分析納米流體穩(wěn)定性,結(jié)果如圖2(b)所示,與沉降觀測(cè)的結(jié)果基本一致。在36天以后,納米流體透射率變化較小,穩(wěn)定性變化不大。另外王良虎等[10]通過(guò)靜置對(duì)比和TEM表征研究了納米流體的穩(wěn)定性,并發(fā)現(xiàn)適量的分散劑和超聲時(shí)間使得CuO納米流體靜置長(zhǎng)達(dá)一年仍處于穩(wěn)定狀態(tài);圖2(c)為納米流體放于50℃恒溫水浴18天內(nèi)的透射比的變化趨勢(shì),Al2O3(γ)-H2O和Al2O3(α)-H2O的穩(wěn)定性較常溫下變化明顯,SiC-H2O和TiC-H2O的穩(wěn)定性仍然較好,并且隨著時(shí)間的增長(zhǎng),透射率的變化率也有變小的趨勢(shì),表明以上納米流體適用于后期的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用。
1.3 光熱性能實(shí)驗(yàn)
對(duì)玻璃管內(nèi)不同納米流體進(jìn)行悶曬實(shí)驗(yàn),通過(guò)悶曬溫度的變化來(lái)判斷流體光熱轉(zhuǎn)換性能的優(yōu)劣。悶曬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖3(a)所示,4根石英玻璃試管(內(nèi)徑28mm,長(zhǎng)度為250mm)被放置在聚苯乙烯泡沫板上,各試管之間的聚苯乙烯泡沫可用來(lái)保溫和防止它們的溫度互相影響,且將聚苯乙烯泡沫板與水平面成40°。石英玻璃的透光率要比普通玻璃高,能保證更多的光經(jīng)過(guò)納米流體。試管內(nèi)納米流體的體積占容積的4/5,可保證各納米流體有相同的體積和吸收輻射的面積。實(shí)驗(yàn)采用K型熱電偶(精度0.5%,測(cè)溫范圍0~1000℃)測(cè)量納米流體溫度,通過(guò)數(shù)據(jù)采集器(USB-4716)讀取溫度數(shù)據(jù)。另外采用普通玻璃管和帶選擇性涂層的全玻璃真空管(內(nèi)徑 35mm)用以對(duì)比納米流體與全玻真空管集熱性能。環(huán)境濕度和環(huán)境溫度通過(guò) PC-4環(huán)境監(jiān)測(cè)儀測(cè)定,環(huán)境平均溫度為 24℃。周?chē)鷫w的溫度與環(huán)境溫度基本保持一致。采用TRM-PD1人工太陽(yáng)模擬發(fā)射器來(lái)提供太陽(yáng)光源。模擬光源光譜范圍為280~3000nm,輻照度可調(diào)范圍為600~1200W/m2。光的不均勻度為5%,1h內(nèi)光的不穩(wěn)定度為5%。光譜分布為class B。輻照度通過(guò)TBQ-2A總輻射表[靈敏度6.98μV/(W·m2)]測(cè)定。圖3(b)為整體實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖。
圖2 納米流體的穩(wěn)定性
圖3 光熱性能實(shí)驗(yàn)裝置圖
2.1 不同納米流體的光熱性能
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的3種不同納米流體(分散劑均采用十二烷基苯磺酸鈉)和去離子水的溫升曲線如圖4所示。圖中G為輻照度,單位為W/m2。在悶曬過(guò)程中,TiC-H2O納米流體溫升最快,最高溫度比去離子水高出21.76%。SiC-H2O納米流體僅次于TiC-H2O,其最高溫度比去離子水高出16.14%。Al2O3(γ)-H2O的最高溫度比去離子水高出6.6%。所以對(duì)于直接吸收式太陽(yáng)集熱器,納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能要明顯優(yōu)于水。
如圖4所示,去離子水中添加納米粒子提高了其光熱轉(zhuǎn)換性能。這主要由于納米粒子的光吸收性能和傳熱性能。由于粒子尺寸為納米級(jí),可以將納米流體作為膠體處理。粒子對(duì)輻射不僅有反射和吸收,還有散射,可以采用Mie散射理論進(jìn)行分析。Mie散射理論是球形顆粒光散射和吸收的通用理論,適用于任意的光學(xué)常數(shù)和尺寸的顆粒,但其計(jì)算比較復(fù)雜,因此實(shí)踐中常常采用一些近似的理論。當(dāng)顆粒粒徑很小,并且顆粒光學(xué)常數(shù)適中,即χ(m-1)<<1時(shí),采用Rayleigh散射理論分析,如式(1)~式(3)。
圖4 3種不同納米流體溫升曲線
式中,Qe,λ為衰減效率;Qs,λ為散射效率;Qa,λ為吸收效率;χ為尺寸參數(shù);χ=πD/λ(其中D為顆粒粒徑;λ為波長(zhǎng));m為復(fù)折射率;Im為取虛部的符號(hào)。
由式(2)、式(3)可知,吸收效率Qa,λ與χ成正比,散射效率Qs,λ與χ4成正比。當(dāng)χ<<1時(shí),無(wú)論m為何值,粒子均以吸收為主。本實(shí)驗(yàn)所用納米粒子粒徑遠(yuǎn)小于太陽(yáng)光譜波長(zhǎng),符合Rayleigh散射理論[3],故納米流體在整個(gè)太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)有很強(qiáng)的消光作用。不同種類(lèi)的納米流體其實(shí)驗(yàn)的溫升也有明顯的差異,這主要取決于納米粒子的熱物性,不同的納米粒子這些特性都有所不同,故導(dǎo)致不同納米流體的溫升速率不同。
2.2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米流體光熱性能的影響
圖5為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SiC-H2O納米流體和去離子水的溫升曲線,實(shí)驗(yàn)采用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑。從圖中很容易看出,納米流體的溫升要比去離子水高;另外質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%和0.05%的納米流體溫升最快,其次是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%,再次是0.01%的納米流體,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.05%、0.2%、0.01%納米流體的最高溫升分別比去離子水高出19.55%、19.32%、12.5%、3.41%。
圖5 SiC-H2O納米流體在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下溫升曲線
質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%以下,隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,溫升速率提高,光熱轉(zhuǎn)換性能增強(qiáng)。但是質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)至0.2%時(shí),它的溫升速率低于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%和 0.05%的納米流體。濃度過(guò)大的納米流體穩(wěn)定性變差甚至?xí)?dǎo)致聚沉,從而致使光熱轉(zhuǎn)換性能下降。所以在利用納米流體做直接吸收式太陽(yáng)集熱器的工質(zhì)時(shí),適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)非常關(guān)鍵。
2.3 分散劑對(duì)納米流體光熱性能的影響
圖6給出了以阿拉伯樹(shù)膠、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨作為T(mén)iC-H2O(0.1%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))和SiC-H2O(0.1%)納米流體的分散劑的溫升情況。十六烷基三甲基溴化銨是陽(yáng)離子型分散劑,十二烷基苯磺酸鈉是陰離子型分散劑,阿拉伯樹(shù)膠屬于天然高分子型分散劑。從圖6(a)中可以看出加入分散劑的納米流體要比不加入分散劑的納米流體的溫升速率高。用阿拉伯樹(shù)膠作為分散劑的TiC-H2O納米流體的溫升最高。
從圖 6(b)可以看出加入十六烷基三甲基溴化銨的SiC-H2O納米流體光熱轉(zhuǎn)換性能最好。阿拉伯樹(shù)膠和十二烷基苯磺酸鈉效果接近。TiC-H2O 和SiC-H2O納米流體最適宜的分散劑不同,這和納米粒子所帶電荷、添加分散劑的量以及分散劑的作用機(jī)理有關(guān)。所以添加不同的分散劑到納米流體里會(huì)有不同的分散效果,導(dǎo)致光熱轉(zhuǎn)換性能有所不同。
2.4 pH值對(duì)納米流體光熱性能的影響
圖7為SiC-H2O(0.1%)納米流體在不同pH值下的溫升曲線,分散劑采用阿拉伯樹(shù)膠。pH值為9的情況溫升最快,最高悶曬溫度達(dá)到了53.3℃。當(dāng)pH值小于9時(shí),隨著pH值的增大,最高溫度也升高。當(dāng)pH值為11時(shí),最高溫度反而降低了。
圖6 納米流體在不同分散劑下溫升曲線
圖7 SiC-H2O納米流體在不同pH值下的溫升曲線
圖8 SiC-H2O納米流體在不同pH值下的透射電鏡圖片
pH值對(duì)納米流體的穩(wěn)定性影響非常顯著,在pH值等于9時(shí),SiC-H2O納米流體穩(wěn)定性最佳,對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率最高,這可以引用 Zeta電位來(lái)解釋。Zeta電位的絕對(duì)值越大,納米流體的穩(wěn)定性就越好。在pH等于9時(shí),Zeta電位的絕對(duì)值為43.46,粒子之間的靜電排斥力較強(qiáng),所以分散特性就較好;當(dāng)pH等于3時(shí),由于粒子表面的Zeta電位絕對(duì)值等于6.37,粒子間的靜電斥力比引力小,粒子的布朗運(yùn)動(dòng)使粒子碰撞聚沉,穩(wěn)定性就變差,導(dǎo)致光熱轉(zhuǎn)換性能下降。當(dāng)pH小于9時(shí),隨著pH值的增大,粒子表面的Zeta電位的絕對(duì)值也增大,粒子間的靜電斥力能夠阻止粒子由布朗運(yùn)動(dòng)引起的碰撞和吸引。當(dāng)pH大于9時(shí),隨著pH值的增加,pH值調(diào)節(jié)劑(NaOH)濃度增大,壓縮雙電層,Zeta電位絕對(duì)值和靜電斥力減小導(dǎo)致分散性變差[11],所以pH等于 11時(shí),納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能很低。另外,圖8為不同pH值下的透射電鏡(TEM)圖像,從透射電鏡圖像也可以很清楚看出納米粒子的分散性和穩(wěn)定性,與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果一致。
2.5 納米粒子的形狀對(duì)光熱性能的影響
圖 9為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%的 Al2O3(α)-H2O和Al2O3(γ)-H2O 納米流體在悶曬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫升情況。從圖中可以看出,Al2O3(γ)-H2O納米流體的溫升速率大于 Al2O3(α)-H2O,其悶曬最高溫度比Al2O3(α)-H2O高 4.35%。Al2O3(α)納米粒子是球形的,而Al2O3(γ)納米粒子是近球形的,Al2O3(γ)納米粒子的比表面積大于Al2O3(α)。所以在相同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下,Al2O3(γ)納米粒子有較大的表面積吸收更多的太陽(yáng)輻射,故Al2O3(γ)-H2O光熱轉(zhuǎn)換性能優(yōu)于Al2O3(α)-H2O。
2.6 直接吸收式納米流體與全玻璃真空管的集熱性能比較
圖10為全玻璃真空管內(nèi)SiC-H2O及水和普通玻璃管內(nèi)的SiC-H2O的溫升曲線。將3根玻璃管在相同的太陽(yáng)輻照度下進(jìn)行悶曬實(shí)驗(yàn)。傾斜面上的總輻照度由TBQ-2A總輻射表測(cè)量;模擬太陽(yáng)光輻照度的波動(dòng)范圍為 864~996W/m2;納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.1%。從圖10中可以看出,悶曬過(guò)程的前40min,普通玻璃管內(nèi)SiC-H2O的溫升速率要高于全玻璃真空管內(nèi)水,故直接吸收式SiC-H2O的光熱轉(zhuǎn)換性能要優(yōu)于全玻璃真空管。但隨著溫度的升高,散熱損失增加,導(dǎo)致普通玻璃管內(nèi)SiC-H2O溫升速率逐漸降低,而水的溫升速率基本不變。
圖9 兩種不同粒子形狀的Al2O3-H2O納米流體溫升曲線
圖10 直接吸收式納米流體與全玻璃真空管光熱性能的比較
由于在全玻璃真空管內(nèi)太陽(yáng)輻射主要被涂層吸收,在全玻璃真空管內(nèi)的SiC-H2O不能發(fā)揮其優(yōu)異的光吸收性能,故在悶曬的前階段,其溫度要比普通玻璃管內(nèi)的SiC-H2O低。另外,全玻璃真空管內(nèi)SiC-H2O溫度比水高,主要是由于SiC-H2O的熱導(dǎo)率高于水,室溫下 SiC-H2O納米流體的熱導(dǎo)率為0.604W/(m·K),水的熱導(dǎo)率為0.582W/(m·K),并且納米粒子與流體間存在微對(duì)流,強(qiáng)化了流體與納米粒子間的能量遷移。
悶曬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,在ti時(shí)刻的瞬時(shí)吸熱量如式(4)。
式中,mnf為納米流體質(zhì)量;cnf為納米流體的比熱容。
單根集熱管的瞬時(shí)效率如式(5)。
式中,A為單根集熱管的采光面積。
基于歸-化溫差的瞬時(shí)效率可表述如式(6)[12]。
式中,η0為集熱過(guò)程最大瞬時(shí)效率,也是歸一化溫差瞬時(shí)效率曲線的截距;UL為總散熱損失系數(shù);Ti為工質(zhì)溫度;Ta為環(huán)境溫度。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出來(lái)的瞬時(shí)效率與歸一化溫差的關(guān)系如式(7)、式(8)。
SiC-H2O納米流體(普通玻璃管)
水(全玻璃真空管)
圖11為普通玻璃管內(nèi)SiC-H2O與全玻璃真空管內(nèi)水的瞬時(shí)效率的對(duì)比。當(dāng)流體溫度等于環(huán)境溫度時(shí),直接吸收式SiC-H2O的瞬時(shí)效率最高達(dá)到了0.72,全玻璃真空管內(nèi)水的最大瞬時(shí)效率達(dá)到0.42。隨著普通玻璃管內(nèi)的流體溫度的升高,流體與環(huán)境溫度的溫差也逐漸增大,輻射散熱損失增加,集熱效率降低。在55℃以內(nèi),直接吸收式SiC-H2O的集熱效率高于全玻璃真空管,但其隨著歸一化溫差的增大,效率是降低的。在悶曬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,SiC-H2O在普通玻璃管內(nèi)的散熱損失系數(shù)為13.57,而全玻璃真空管散熱損失基本可以忽略。當(dāng)SiC-H2O溫度高于55℃,其散熱損失過(guò)大,集熱效率低于全玻璃真空管內(nèi)水。
圖11 SiC-H2O納米流體與全玻璃真空管的集熱瞬時(shí)效率
盡管SiC-H2O有很高的輻射吸收率,但在較高溫度下,普通玻璃管有很大的紅外發(fā)射率,產(chǎn)生了較高的輻射散熱損失。全玻璃真空管選擇性吸收涂層對(duì)光有高吸收和紅外發(fā)射率低等性能,抑制了一部分熱損失[13]。
(1)與去離子水相比,納米流體都具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能,TiC-H2O最優(yōu),其次是SiC-H2O、Al2O3(γ)-H2O,最差是Al2O3(α)-H2O。
(2)在本文實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),納米流體存在最佳的分散劑,最適宜的pH值和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。適合SiC-H2O的分散劑為十六烷基三甲基溴化銨,最佳pH值為9,適宜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%;TiC-H2O適合的分散劑是阿拉伯樹(shù)膠。由于 Al2O3(γ)粒子的比表面積比Al2O3(α)大,故Al2O3(γ)-H2O的光熱轉(zhuǎn)換性能要優(yōu)于Al2O3(α)-H2O。
(3)普通玻璃管內(nèi) SiC-H2O納米流體的光熱轉(zhuǎn)換性能要優(yōu)于全玻璃真空管。在 55℃以下,SiC-H2O納米流體直接吸收式的集熱效率高于全玻璃真空管內(nèi)水的集熱效率。在更高的溫度下,由于散熱損失增大,集熱效率迅速降低。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] CHOI S U S.Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles[J].ASME,1995,231:99-106.
[2] XIE H,WANG J,XI T,et al.Thermal conductivity of suspensions containing nanosized SiC particles[J].International Journal of Thermophysics,2002,23(2):571-580.
[3] 毛凌波,張仁元,柯秀芳,等.納米流體太陽(yáng)集熱器的光熱性能研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2009,30(12):1647-1652.
[4] YOUSEFI T,VEISY F,SHOJAEIZADEH E,et al.An experimental investigation on the effect of MWCNT-H2O nanofluid on the efficiency of flat-plate solar collectors[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2012,39:207-212.
[5] YOUSEFI T,SHOJAEIZADEH E,VEYSI F,et al.An experimental investigation on the effect of pH variation of MWCNT-H2O nanofluid on the efficiency of a flat-plate solar collector[J].Solar Energy,2012,86(2):771-779.
[6] 何欽波,汪雙鳳,曾社銓?zhuān)?直接吸收式太陽(yáng)能集熱納米流體輻射特性實(shí)驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào),2014,35(1):109-113.
[7] YU W,XIE H,CHEN L,et al.Investigation of thermal conductivity and viscosity of ethylene glycol based ZnO nanofluid[J].Thermochimica Acta,2009,491(1):92-96.
[8] 凌智勇,鄒濤,丁建寧,等.納米流體黏度特性[J].化工學(xué)報(bào),2012,63(5):1409-1414.
[9] 李強(qiáng),宣益民.納米流體熱導(dǎo)率的測(cè)量[J].化工學(xué)報(bào),2003,54 (1):42-46.
[10] 王良虎,向軍,李菊香.納米流體的穩(wěn)定性研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2011,17(5):17-20.
[11] LI X,ZHU D,WANG X.Evaluation on dispersion behavior of the aqueous copper nano-suspensions[J].Journal of Colloid and Interface Science,2007,310(2):456-463.
[12] 全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).真空管型太陽(yáng)能集熱器:GB/T 17581—2007[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008:6-9.
[13] 徐國(guó)英,李凌志,張小松,等.添加不同納米顆粒的導(dǎo)熱油直接吸收集熱實(shí)驗(yàn)性能[J].化工學(xué)報(bào),2014,65(s2):293-298.
Experimental investigation on photo-thermal properties of nanofluid for the solar tube
SONG Jingdong,SUN Juan,SUN Bin
(Energy and Power Engineering Institute,Northeast Dianli University,Jilin 132012,Jilin,China)
Abstract:In this article,SiC-H2O,TiC-H2O,and Al2O3-H2O (α and γ) nanofluid were prepared through a two-step method,and the photo-thermal properties of the four nanofluids were studied by an insolation experiment. The impacts of the types of the nanoparticle,mass fraction,dispersants,pH value and particle shapes on photo-thermal properties of nanofluid were investigated. This study also compared the photo-thermal properties of nanofluid in ordinary glass tube and water in all-glass vacuum tube. The results show that photo-thermal properties of nanofluid are better than those of deionized water and all-glass vacuum tube. Among the nanofulids,the performance of TiC-H2O nanofluid is the best,with the peak temperature of 21.76% higher than that of deionized water. Dispersants can enhance the photo-thermal properties of nanofluid,but,each nanofluid has its own suitable dispersants. The optimal mass fraction and pH value are found in this experiment,and those for SiC-H2O are 0.1%(mass fraction) and 9,respectively. The shape of particle also has a major impact on the photo-thermal properties of nanofluid.Under the 55℃,direct absorption collecting efficiency using SiC-H2O nanofluid is higher than that of traditional all-glass vacuum tube using water,the maximal efficiency difference between the two collectors can be up to 30%,but the efficiency for nanofulids decreases rapidly at higher temperature.
Key words:nanofluid; photo-thermal property; solar energy; solar collector tube; stability
中圖分類(lèi)號(hào):TK 121
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1000-6613(2016)05-1314-07
DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.008
收稿日期:2015-10-20;修改稿日期:2015-11-12。