基于纳米流体的菲涅尔聚光系统微通道散热器传热特性研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20121100148硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：热能工程论文题目：基于纳米流体的菲涅尔聚光系统微通道散热器传热特性研究英文题目：InvestigationonThermalPerformanceofMicrochannelHeatSinkusingNanofluidunderFresnelConcentrationSystem学生姓名：赵聪颖导师姓名：闫素英教授二○一五年六月本人声明：所鼓的学位论文是本人在导师的指导下进行的研紅作及取得的研究成渠。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表

2、雜写过的研宄成果，也不包含为获得内蒙古工生大学及其他教肓机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作雜名』取、為指导教师链:向钱日期：日期：{^J〇学位论文版权使用授权书本学位论文作鈴全了解学^有关保留、獅学位论文的规定，即：内蒙古工i饮学有奴将学位论文的全部或部分内容保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关謝居库进行检t，也可用影印、缩印麒它复制手段保存、学位论文。为保护学校和导师的知识产枚，作者毕业后涉及该学位说文的主要内容或研究成果用于发表学术论文须征得内蒙古工业大

3、学就读期间导师的同意，并且版权单位必须署名为内蒙古工^大学方可投稿或公开发表。本学位设旗于條□，在一年解密后翻本授权书。不保密‘（请在以上方框内打“V，学位论文作錄名指导教师銘Wk日期：日期：〜dK?内蒙古工业大学硕士学位论文摘要采用聚光器提高光伏电池表面的热流密度，是提高光伏系统效率、降低系统发电成本的有效途径。但砷化镓电池的工作效率会随着电池温度的升高迅速下降，且长期热应力的作用会使组件结构永久破坏，所以，针对聚光光伏发电系统热流密度分布不均匀以及光伏电池温度过高等问题，本文提出了一种螺旋型微通道冷却结构并进行优化，且以纳米流体为冷却工质进行散热。本文的主要研究内容

4、包括：应用高压微射流纳米分散仪分别制备质量分数为5%、3%和1%的SiO2-H2O纳米流体，并对纳米流体的粒径分布、导热系数和辐射特性进行测试和分析。针对纳米流体集热管换热特性，模拟计算了蒸馏水和纳米流体的温度场和速度场分布，同时，对以SiO2-H2O纳米流体和蒸馏水为工质的集热管进行了闷晒试验研究。结果表明，随着质量分数的增大、温度的升高，SiO2-H2O纳米流体导热系数逐渐变大；且SiO2-H2O纳米流体对太阳辐射具有选择透过性，质量分数是其重要影响因素。纳米流体具有比蒸馏水高的换热特性且随其质量分数的增加而增强；随着工作时间的增加，纳米颗粒易团聚、且纳米流体不稳定等

5、特征会导致其换热特性降低。基于微通道冷却技术提出螺旋式高倍聚光砷化镓电池冷却结构，并通过AnsysFluent软件分析了PCB板面积、流道长度和入口流速对冷却结构换热特性的影响，同时，引入强化换热因子对其进行结构优化，结果表明，强化传热因子随着微通道长度的增加而降低、流体入口速度的增加而升高，在此基础上，获得可提供膜蒸馏热源且强化传热因子最高时的冷却结构，即4圈微通道，流速为0.58m/s的模型。采用优化后的冷却结构，以纳米流体作为冷却工质，并应用两相流模型从纳米流体的质量分数、颗粒粒径及类型三方面对纳米流体强化换热机理进行探讨。结果表明在相同的Re下，Al2O3-H2O

6、纳米流体的传热特性高于SiO2-H2O纳米流体的传热特性；Al2O3-H2O纳米流体的换热特性随纳米粒径的减小而升高，且纳米粒子的高导热性及由黏度引起的流动阻力共同影响纳米流体的换热特性。最后，通过中间程序将光学软件所得的非均匀热流密度作为边界条件读入FLUENT中，并改变太阳直射辐照度对非均匀热流密度条件下冷却结构的换热特性进行分析，结果表明电池上表面热流密度分布越均匀，冷却结构的换热能力越强；不同太阳直射辐照度存在对应的最佳入口流速，在实际应用中，若使不同辐照度下冷却结构的强化换热因子达到最大，需注意调节工质流速与太阳直射辐照度相匹配。关键词：聚光光伏，纳米流体，微通

7、道，结构优化，传热特性I内蒙古工业大学硕士学位论文ABSTRACTConcentratingphotovoltaictechnologyusesconcentratortoimprovesurfaceheatfluxofPVmodule,whichisaneffectivewaytoimprovesystemefficiencyandreducesystemcosts.However,photovoltaicefficiencydecreasedrapidlywiththeincreaseofmoduletemperature