氧化铜选择性吸收涂层的制备及在微尺度通道太阳能集热器上的应用

【摘要】：太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,已经受到了全球学者的关注。本文对太阳能热转换设备,即太阳能集热器的性能做出了分析,并从选择性吸收涂层和集热器结构改造两个方面提高集热器热性能。选择性吸收涂层种类以及制备方法繁多,其中氧化铜选择性吸收涂层在平板集热器运用较为广泛,涂料型涂层操作工艺简单,成本较低,适合商业化大规模生产,溶胶-凝胶型涂层成分均一,制作周期短,本课题将采用这两种方法制备氧化铜选择性吸收涂层,分析涂层的红外透光性、涂层厚度和原料配比对光学性能的影响。通过实验发现,涂料法与溶胶-凝胶法制备出的氧化铜选择性吸收涂层光学性能不相上下,涂料型涂层操作简单,更适用于平板集热器上,同时涂料型涂层耐温性以及耐摩擦性优于溶胶-凝胶涂层。以氧化铜为功能粉体,有机硅树脂为粘接剂,涂层厚度为10μm时,吸收率为0.87,发射率为0.32。平板式集热器工艺简单、成本低、可承压,深受世界各国的欢迎。目前,平板集热器的流道尺寸较大,在较短时间内很难使水达到我们所需的温度,进出口温差较小,导致热损失大,热效率低。为了解决这些问题,本课题采用了一种微尺度通道平板集热器。微尺度流道取最佳尺寸为0.7 mm,空气夹层最佳间距为17mm。用喷涂机将制备的氧化铜选择性涂层涂敷在吸热板上,研究集热器的热性能。本文先用理论分析了集热器的能量分布、热效率、单位板长升温速率等热性能方面,再用实验分析微尺度集热器热性能与流量的关系。实验发现,顶部热损失占总热损失主要部分,集热器瞬时效率与流体流量成正比,单位板长升温速率与流体流量成反比。微尺度通道集热器对流传热系数是宏观尺度流道集热器的10倍多,平均传热温差只有宏观尺度平板集热器的3%左右,单位板长升温速率是宏观尺度集热器的50倍左右。微尺度通道集热器热性能远远高于普通集热器。 【关键词】：氧化铜吸收涂层 吸收率 微尺度 热效率 单位板长升温速率
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ630.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 主要符号表11-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 前言14-15
• 1.2 太阳能选择性吸收涂层15-19
• 1.2.1 太阳能选择性吸收涂层的分类15-17
• 1.2.2 太阳能选择性吸收涂层的制备方法17-19
• 1.3 太阳能集热器19-23
• 1.3.1 太阳能集热器的分类19-21
• 1.3.2 国内外平板集热器的研究情况21-23
• 1.4 微尺度流道的传热研究23-25
• 1.4.1 微尺度概念23-24
• 1.4.2 国内研究现状24
• 1.4.3 国外研究现状24-25
• 1.5 本课题的提出及研究意义25
• 1.6 本章小结25-27
• 第二章 氧化铜选择性涂层的研究27-45
• 2.1 前言27
• 2.2 太阳能选择性吸收涂层原理27-31
• 2.2.1 普朗克（Plank）定律27
• 2.2.2 维恩位移定27-28
• 2.2.3 斯蒂芬-玻尔兹曼（Stefan-Boltzmann)定律28-29
• 2.2.4 克希霍夫（Kirchhoff)定律29
• 2.2.5 太阳能选择性吸收涂层的基本原理29
• 2.2.6 吸收率与发射率29-31
• 2.3 涂料法研制氧化铜选择性涂层31-33
• 2.3.1 实验药品以及仪器31-32
• 2.3.2 实验步骤32-33
• 2.4 涂层性能性能的检测33-39
• 2.4.1 傅里叶红外光谱分析33-34
• 2.4.2 差热-热重分析34-36
• 2.4.3 涂层厚度对光学性质的影响36-37
• 2.4.4 吸收粉体与粘接剂的配比对光学性能的影响37-38
• 2.4.5 涂层的耐温性能38-39
• 2.5 溶胶法研制氧化铜-氧化铝选择性涂层39-43
• 2.5.1 材料的选择39-40
• 2.5.2 制备方法40
• 2.5.3 CuO-Al2O3 溶胶形成机理40
• 2.5.4 实验结果分析40-43
• 2.6 本章小结43-45
• 第三章 微尺度平板集热器45-52
• 3.1 微尺度平板集热器的构造45-51
• 3.1.1 实验装置介绍45
• 3.1.2 吸热板45-46
• 3.1.3 保温层46
• 3.1.4 集热器安装方位与倾斜角46-47
• 3.1.5 透明盖板47
• 3.1.6 微尺度通道尺寸的选择47-49
• 3.1.7 空气夹层间距的确定49-51
• 3.2 小结51-52
• 第四章 涂层在集热器的性能研究52-72
• 4.1 前言52
• 4.2 集热器热性能理论分析52-57
• 4.2.1 集热器能量守恒方程52-53
• 4.2.2 集热器的热损失53-56
• 4.2.3 集热器效率56-57
• 4.3 实验部分57-58
• 4.3.1 引言57
• 4.3.2 实验装置图57
• 4.3.3 测试仪器仪表以及测试点的选择57-58
• 4.4 实验结果分析58-71
• 4.4.1 能量的分布60-62
• 4.4.2 集热器效率以及总热损失系数62-64
• 4.4.3 集热器单位板长升温速率的比较64-66
• 4.4.4 宏观尺度与微尺度流道集热器对比66-67
• 4.4.5 误差分析67-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-81
• 附件81

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