混合纳米流体在新型光伏光热系统和太阳能集热器组合系统中的应用.docx

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1、混合纳米流体在新型光伏光热系统和太阳能集热器组合系统中的应用目录1 .研究背景12 .研究内容13 .结论与展望81 .研究背景现如今有许多利用太阳能的方法，例如太阳能(ST)集热器、光伏电池 (PV)和光伏光热(PVT)系统，但它们都有各自的局限性，ST集热器只能产生热 能，不能发电。PVT系统虽然可以同时产生电能和热能，但它的出口温度较 低，不能在需要高出口温度时使用。因此，一种可以分别产生电力和高温工作 流体的系统是必不可少的。另外，在系统中添加一种新型纳米流体(混合纳米 流体)也可作为另一种改进方法，但它还尚未在PVT或PVT-ST系统中考虑。所 以，在本文中，作者对PVT-ST串联系

2、统进行了模拟研究与分析。2 .研究内容本文采用了 PvT系统和ST集热器的组合设计，以同时产生电能和热能，并 提高出水温度。并且还选择GrA23 MWCNTAI2O3 Gr/SiC和MWCNT/SiC四 种不同的混合纳米流体作为工作流体。此外，还使用了能量变化、蟒损失和燧 生成来研究这种组合系统的性能。图1表示PVT-ST系统的示意图设计，它包含两个系统，一个PVT系统 和一个ST集热器。PVT moduleST collectorPump图1 PVT-ST系统示意图在PVT-ST系统中，光伏电池与铜板和管式集热器集成在一起。铜吸收片贴 在光伏电池的背面，以改善光伏电池的温度分布，如图2所示。

3、图2 PVT-ST系统的计算域为了对PVT-ST系统进行逐时每小时分析，选择了上海典型的夏日，环境 参数如图3所示。由该图可知，在十二点到十四点时，太阳辐射最高，周围环 境温度也最高。4512(。)alms3dE9 一 q7 3 93 3 2O2C8 0 0 0 Ooo 0 8 6 4 QE/豆 UogB 一 PenBOS0 LAA 1 A a , A a A L A 25681012141618Time (h)图3每小时分析考虑的天气条件在此基础上，对该PVT-ST组合系统进行了分析，模拟和研究。图4比较了 不同混合纳米流体的热功率和热能效率。结果证明，MWCNT/SiC纳米流体在组 合系统

4、中显示出了比其他纳米流体更高的效率。Tme (h)6050403020Ooooo Wooo 4 3 2 1 (M)2 一 J0ql1617l MWCNTAI2O3 MWCNTAI2O31 MWCNT/SiCMWCNT/SiC=I Gr/SiC一 一 Gr/SiCm n GrAI2O3- - GrAI2O3图4混合纳米流体的日热功率和热能效率比较图5描绘了全天电力和能源效率的变化。基于该图，发现具有MWCNT/SiC纳米流体的系统优于其他纳米流体的系统。(M) JOMOd 一 E3UO&UJ(求)Aou 里 OyJUXSjoUU WoPoaUJ OSO 5 O 64.4.3.工40O1MWCNT

5、A12O3 I-MWCNT/SiC J Gr/SiC GrAI2O3- MWCNTAI2O3 MWCNT/SiC - * - Gr/SiC- - GrAI2O3图5比较混合纳米流体的每小时电能和电能性能在图6中比较了使用基础流体和不同混合纳米流体的PVT-ST系统的每小 时总烟变化。该图显示，混合系统在13:30至14:00左右具有最低的烟损失, 表明该系统在此期间可以产生更多的有用功。结果表明，混合系统在早晚的损 失比较大。83.868101214Time (h)16186 4 2 Q 84.84.84.84.() Uons8p A6JX 山图6使用基础流体和不同混合纳米流体的PVT-ST系

6、统每小时总的烟破坏图7比较了采用基础流体和不同混合纳米流体的组合系统的每小时电力和 热蟒性能。可以看出，在正午时间前后，四种混合纳米流体系统的性能之间的 差异较大，而在早上和晚上，四种混合纳米流体系统的性能之间没有太大差 异。图7使用基础流体和各种混合纳米流体的组合系统的小时电力和热爆效率比较PVT-ST组合系统每小时的能量和烟输出份额如图8所示。结果表明，组合 系统的螂输出的每日份额在白天几乎保持不变，而能量输出的份额随时间变化 很大。Time (h)a- The hourly share of energyb- The hourly share of exergy图8 MWCNT/SiC纳

7、米流体组合系统的每小时能量和烟输出份额为了更好地了解PVT-ST系统各个组件中端损失的部分，计算了所有系统 组件中墉产生的份额，如图9所示。在比较PVT系统和ST系统之后，可以得 出结论，ST系统具有更多的燧生成。0.36% Thermal exergy of th PVT84.73%S gencakon x 一 eoupe3Je9n %9 寸HOsq-OA6JX6IUJoUI %9vdST图9使用MWCNT/SiC纳米流体的PVT-ST系统不同组分的崎产生部分3 .结论与展望这项研究通过将光伏光热系统与太阳能集热器集成以产生电能和热能，获 得了一种新型混合系统，其流体流出温度高于仅使用光伏光

8、热系统和仅使用太 阳能集热器的温度。还选择了四种不同的混合纳米流体进行模拟研究，得出了 以下几点结论：L组合系统在13:30至14:00具有最低的蟒损失，表明该系统在此期间可 以产生更多的有用功。2 .多壁碳纳米管-碳化硅混合纳米流体的平均整体能效为70.40%,与其他三 种流体相比，整体能效最高。3 .MWCNTAI2O3 MWCNTSiC GrA2O3和 Gr/SiC 四种纳米流体组合的整体 烟效率分别为 15.73%、15.85%、15.76% 和 15.89%。4 .混合纳米流体的体积分数与组合系统的能量和蟒输出之间存在直接关.PVT-ST组合系统中的ST系统比PVT系统能够产生更多的牖。