哈尔滨工业大学(威海)本科论文开题报告讲述.doc

本科毕业论文（设计） 开 题 报 告 论文题目 以纳米流体为工质的抛物面槽式太阳能集热器的研究 班 级 1201301 姓 名 巩向涛 院（系） 汽车工程学院 导 师 王富强 开题时间 2015年12月25日 1．课题研究的目的和意义 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。 太阳能以其储量的无限性、开发利用的清洁性，成为21世纪解决开发利用化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径之一[7, 8]。太阳能资源的利用按照能量转化方式可以分为光热转换利用、光电转换利用和光化学转换利用[3]。其中，太阳能热动力发电是太阳能光热转换的有效途径之一，它具有清洁、无污染等优点。但是由于太阳能资源具有能流密度低，易受到昼夜、季节、和地理纬度等因素影响的缺点，必须通过聚集技术将低热流密度的太阳辐射聚集起来，形成高汇聚的太阳能热流以实现降低热损失和高效的能源利用。传统的太阳能热动力发电系统包括发电子系统、传热和蓄热系统、集热子系统。集热子系统由聚光系统、吸热器和跟踪系统等部件构成。太阳光辐射经过聚光系统汇聚后形成了高倍汇聚的太阳能辐射能，照射到安装在聚光系统焦平面处的吸热器上，加热吸热管内的换热流体，产生热水或蒸汽驱动发动机，进而带动电机产生电能。 由于受昼夜、季节、地理纬度和天气变化等因素的的影响，太阳能的热利用具有显著的间断性和不均匀性，导致太阳能吸热器承受反复高温差的热冲击循环，吸热器容易受到高的热应力并引发吸热器玻璃管罩破裂以及吸热器的弯曲变形并最终失效[9]。如：墨西哥国立大学太阳能热发电站在实验和运行中，多次发生不锈钢管式 太阳能吸热器的大弯曲变形并引发玻璃罩破裂的事故[9-14]；美国 SolarOne 电站和西班牙 CESA–I 电站都发生过热应力引起吸热器的失效而导致太阳能热动力发电站停止运行的事故[15]。因此，开展对太阳能聚集系统吸热器的温度场、热应变以及热应力场特性的研究，对防止太阳能热发电系统在实际运行过程中运行温度过高以及抑制热应变和热应力产生具有重要的指导意义，同时也能为研究太阳能高温热利用过程中热、力学行为提供理论基础。 1.1抛物面槽式太阳能吸热系统的介绍 抛物面槽式集热器主要由抛物面反射镜、集热元件、金属支撑机构和驱动机构四部分组成的。其中,集热元件是实现光热转换的重要部件。集热元件由外壁涂有吸收涂层的金属吸收管(以下简称金属管)以及套在金属管外的玻璃管组成,两端采用金属密封头密封。玻璃管外壁涂有增透涂层,能够使绝大部分太阳光线通过玻璃管;内壁涂有防增透涂层,能够隔绝绝大部分热辐射能量。金属管与玻璃管之间的空间为真空区域。集热元件位于反射镜的焦线上,吸收反射镜反射的太阳光。太阳光进入集热器反射镜开口,经过反射镜的反射汇聚到位于焦线上的集热元件。太阳光线首先接触到玻璃管外壁,绝大部分光线在增透涂层的作用下通过玻璃管到达金属管。金属管吸收太阳辐射能温度升高,经过金属管壁的导热,与其中的导热流体进行对流换热,最终把太阳辐射能转化成导热流体的热能。在实际运行中,随着时间变长,集热元件的真空区域可能进入气体。由于气体的存在,导致集热器热效率降低。 抛物面槽式太阳能吸热系统示意图 换热管工作示意图 1.2纳米流体与强化换热 20世纪90 年代以来,研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域,研究新一代高效传热冷却技术。1995年, 美国Argonne 国家实验室的Choi等人首次提出了一个崭新的概念—纳米流体。 纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。纳米流体在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域具有巨大的潜在应用前景，从而成为材料、物理、化学、传热学等众领域的研究热点。 2．国内外研究现状 2.1