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采用磁性纳米流体的直接吸收式太阳能集热器：CFD模型与参数分析
摘要： 采用纳米流体的直接吸收集热器（DAC）是太阳能技术领域中最具前景但研究最少的方向之一。其效率受众多微观和宏观因素影响，这使得基于物理原型的DAC现场优化过程十分复杂。本文建立了一个多相CFD集热器模型，并通过两组独立实验数据进行了验证。利用该模型开展了多参数数值分析，其中我们改变了纳米颗粒的浓度与粒径，以及集热器的几何形状与倾斜角度。优化后集热器效率最高提升了10%。最后，我们研究了采用磁性纳米流体时集热器内的热磁对流过程，使集热器性能提升了30%。
关键词： 多相、纳米流体、热磁对流、计算流体动力学、直接吸收式集热器
更新于2025-09-23 15:23:52
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核态池沸腾条件下SiO?/水纳米流体单气泡动力学与传热速率的同步映射
摘要： 在核态池沸腾条件下，实验研究了单个蒸汽气泡动力学及传热速率随不同SiO2纳米颗粒浓度（0-9°C过冷度范围）的依赖性。采用彩虹纹影偏转法进行了非侵入式测量。气泡动力学结果表明：随着过冷度和纳米流体浓度的增加，气泡直径和长径比均减??；气泡振荡频率先随过冷度增加而升高后降低，但随纳米流体浓度增加呈单调下降；纳米流体的气泡脱离频率显著提高，但会随过冷度增加而降低。气泡界面的冷凝效应表现为其周围色彩分布的重构。纹影图像清晰显示：悬浮纳米颗粒导致蒸汽气泡周边及加热基底附近的热边界层空间范围扩展，该现象被认为是改变冷凝效应进而影响气泡动力学的因素之一。纹影图像定量分析表明：自然对流热通量随过冷度增加而升高，但随纳米颗粒浓度增加而降低——悬浮纳米颗粒削弱了加热基底附近的热梯度强度，从而导致自然对流现象恶化；另一方面，蒸发热通量随过冷度增加而降低，但随纳米流体浓度增加而升高。
关键词： 核态池沸腾、气泡动力学、纹影偏转法、过冷度、传热、纳米流体
更新于2025-09-23 15:23:52
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具有快速光控纳米流体传输特性的水稳定Ti3C2 MXene膜
摘要： 高稳定性与可调控的离子电导率对于二维层状膜在纳米流体领域的广泛应用至关重要。本研究证明，在低浓度条件下，Ti3C2Tx膜的质子及离子电导率比体相溶液高出数个数量级。值得注意的是，由于层间存在强范德华吸引力与弱静电排斥力，该膜在水溶液中无需任何修饰即具有高度稳定性。此外，通过利用MXene材料固有的光热特性，我们证实可通过激光实现离子电导率的快速、完全且可逆的开关控制。本研究表明MXene膜是研究和利用纳米流体离子传输的理想平台，也将启发未来研究通过二维膜固有理化性质来调控物质传输。
关键词： 光控、纳米流体、表面电荷、MXene、水稳定性
更新于2025-09-23 15:21:21
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采用基于Therminol VP-1纳米流体的光谱光束滤波器的混合聚光光伏/热系统全耦合数值模拟
摘要： 多物理场应用的真实数值模拟是精确预测聚光太阳能系统运行的有效方法。尽管文献中已提出多种多物理场耦合方法，但将这些方法应用于复杂聚光太阳能技术的模拟仍具挑战性。因此，本研究针对采用纳米流体作为光谱滤光片的复合抛物面聚光光伏/热（CPC-PV/T）混合集热器，提出了一种新颖的二维-三维数值光学-热学-电学耦合方法。该方法通过精密计算工具，将非灰度二维模型获得的系统各组件体积吸收辐射量作为体积热源嵌入三维模型。全面分析了全耦合方法（FCM）的主要特性，并与先前采用的另外两种耦合方法进行对比。此外，还研究了使用纳米流体和基础流体光谱滤光片（BF-filter）的?？樾阅?，并与独立聚光光伏电池进行比较。研究结果表明，与其他方法相比，FCM能更真实地揭示所提系统的运行特性，因其可考虑太阳光照的非均匀性、反射太阳光束在接收器上的方向变化，以及所用材料光学特性随太阳辐照度的变化。此外，在Therminol VP1油中悬浮氧化铟锡（ITO）纳米颗粒可使热波段的吸收率比使用BF-filter时提高62.5%，同时显著降低电池温度及光伏波段内的透射辐照度。
关键词： 辐射传热、多物理场耦合方法、纳米流体、聚光光伏/热系统、光谱束过滤器
更新于2025-09-23 15:21:01
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采用微胶囊相变材料纳米浆液冷却流体的波纹管光伏-热系统火用与能量分析
摘要： 为开发更高效的水冷光伏-热系统，采用不同冷却流体对波纹管光伏-热系统进行了能量与火用数值分析。研究对比了直管与不同波长、波幅波纹管的性能差异，考察了波纹管几何参数及冷却流体流速的影响。同时分析了水、银/水纳米流体、微胶囊相变材料浆体以及新型微胶囊相变材料纳米浆体等冷却介质的效果。结果表明：相比直管，波纹管使光伏-热?？榈牡缧省⑷刃屎突鹩眯示玫教嵘?。在固定波长/波幅比条件下，波长减小会增强传热流体的吸热量。最优配置下，波纹管系统的模块一次能源效率和火用效率较直管系统分别提高6.06%和4.25%。两种构型中，提高入口流速均可通过增强传热速率改善光伏-热模块整体性能。研究还发现，在各类冷却流体中，微胶囊相变材料纳米浆体因具有更高导热系数和热容，在能量与火用效率方面表现最优。采用波纹管与新型冷却流体后，系统的一次能源效率和火用效率均优于常规光伏-热?？?。
关键词： 能量，微胶囊相变材料浆体，波形管，纳米流体，光伏-热模块，火用
更新于2025-09-23 15:21:01
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采用氧化钴纳米流体和相变材料散热器的光伏/热电发电机实验分析
摘要： 如今，光伏板已被公认为利用太阳能的有效装置。这些面板主要将太阳光谱中的紫外线和可见光区域转化为电能，其余能量则被耗散。利用这种耗散热量的有效方法之一是将利用红外辐射的温差发电装置（TEG）与光伏板相结合。系统运行温度对热光伏电池（PV/T）和温差发电装置（TEG）的效率具有不同且相反的影响，因此成为PV/T-TEG混合单元生产力的关键参数。本研究介绍了一种新型PV/T-TEG混合系统的散热器。通过实验研究，检验了同时使用Co3O4/水纳米流体和改进相变材料（石蜡/氧化铝粉末）作为冷却方法对PV/T-TEG性能的有效性。随后，将该系统的整体电效率、热效率和?效率与采用不同工作流体（包括水、0.25%、0.5%和1%纳米流体）以及采用1%纳米流体与非增强相变材料冷却方法的单元进行了比较。结果表明，与水冷技术相比，采用1%纳米流体与增强相变材料作为冷却方法可使整体电效率提高12.28%。此外，与水冷PV/T-TEG相比，PV/T-TEG的?效率提高了11.6%。因此可以得出结论，与单独的光伏板相比，该组合单元有助于更高效地利用太阳能。
关键词： 光伏热利用、太阳能、纳米流体、热电发电机、相变材料
更新于2025-09-23 15:21:01
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用于高性能混合太阳能光伏-热应用中光谱分割的纳米材料：挑战与机遇（综述）
摘要： 混合光伏-热（PV-T）集热器能够通过同一采光面积协同产生有用的热能和电能，与独立的光伏板、太阳能集热器或它们的组合相比，具有显著更高的整体效率和减排能力。光谱分光技术已成为下一代高性能PV-T集热器的发展方向，而纳米技术在满足先进光谱分光PV-T集热器设计的光学和热学要求方面发挥着重要作用。本文对基于纳米材料的PV-T应用光谱分光技术进行了全面综述。介绍了适用于PV-T集热器中基于反射、衍射、折射和/或吸收方法实现光谱分光的新兴纳米材料（纳米流体、纳米薄膜和纳米线），以及这些设计方法的相关挑战和机遇。讨论了这些材料在光学性能、热性能、稳定性和成本方面的要求，旨在指导未来的研究和创新，并推动该技术向实际应用发展。纳米流体和纳米薄膜是目前用于光谱分光的最常见纳米材料，近年来这些材料的开发取得了显著进展。然而，目前可用滤光片的光学性能与理想滤光片的期望性能之间仍存在相当大的差距。为了指导和引领滤光片材料的未来发展，本文进一步提出了一种简单的通用方法，用于确定不同场景下光谱分光PV-T系统的最佳滤光片和效率极限。研究发现，光谱分光PV-T系统的最佳滤光片对热能与电能的相对值高度敏感，因此强烈依赖于应用场景和地理位置。光谱分光PV-T集热器的效率极限显著高于独立光伏板。纳米材料滤光片的稳定性仍然是其长期使用以及在实际应用中进行高温操作的关键挑战。
关键词： 纳米薄膜、光谱分裂、纳米材料、热性能、稳定性、纳米流体、光学性能、成本、纳米线、混合光伏 - 热（PV - T）集热器
更新于2025-09-23 15:21:01
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泵功率对使用碳纳米管纳米流体的光伏热系统性能分析的影响
摘要： 本研究通过数值模拟探究了光伏热系统（PVT）在流体循环能耗方面的性能表现。采用ANSYS Fluent软件建立三维PVT系统数值模型，以水-碳纳米管（CNT）纳米流体作为工质。通过构建三种集热器构型模型，筛选出更高效的PV模块集热设计方案。研究发现：使用0.1 v/v%浓度CNT纳米流体、流速50 L/h的管道式集热器时，在40℃环境温度下，PVT系统较纯光伏系统的电效率提升11%。针对纳米流体热物性参数不一致的特性，开展敏感性分析揭示了导热系数的影响强度——当PVT系统采用15W水泵时，电效率会从约13.9%降至12.9%。研究引入冷却效率系数（CCE）来比较额外获得的电能与泵送系统能耗，结果表明：随着纳米流体导热系数提高，25W水泵对应的CCE值从0.985增至20W水泵对应的1.015。通过瞬态模拟研究提出两种实用方法，可将泵送过程能耗降低达50%。
关键词： 泵功率、计算流体动力学、纳米流体、效率、光伏/热
更新于2025-09-23 15:21:01
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[能源、环境与可持续性] 太阳能研究进展 || 基于纳米流体的直接吸收式太阳能集热器在直流多级闪蒸海水淡化系统中的应用
摘要： 多级闪蒸（MSF）海水淡化技术是最简单的热法淡化方法之一，其需要热能来实现海水淡化。这种热能可由直接吸收式太阳能集热器（DASC）提供的太阳能供给——当纳米流体流经该集热器时，会直接吸收入射辐射并升温至更高温度。相比传统表面吸收式太阳能集热器，这类集热器具有约10%的相对更高热效率。本研究采用直接吸收式太阳能集热器（DASC）作为一次通过式（OT）多级闪蒸（MSF）淡化系统的热源，并通过逆流式换热器耦合这两个系统。为避免高盐度海水导致表面吸收式集热器热性能退化（本研究中海水流经换热器并由流经直接吸收式集热器的纳米流体加热），实验中将直接吸收式集热器替换为表面吸收式集热器。本研究旨在通过"增益输出比"（GOR）这一指标评估组合系统的热性能。太阳能集热器的热性能/效率取决于DASC内纳米流体层厚度（H）、集热器长度（L）、纳米颗粒体积分数（fv）及入射太阳辐射能（q）等参数，这些因素同样会影响MSF系统性能。因此将基于上述集热器参数评估组合系统性能，同时将增益输出比作为与MSF淡化系统相关的浓盐水排放温度（Tb）和进料海水温度（Tf）的函数进行评估，并将淡水产量率（?d）作为与集热器和MSF系统相关参数的函数进行研究。通过有限差分隐式法（FDM）借助MATLAB建立了求解DASC系统温度分布的数值模型，同时也在MATLAB中构建并求解了MSF淡化系统的数值模型。
关键词： 纳米流体，直流式，太阳能，海水淡化，多级闪蒸
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过液相脉冲激光烧蚀法合成Al2O3-水纳米流体的导热性能研究
摘要： 本研究采用液相激光烧蚀法制备了氧化铝（Al2O3）纳米颗粒分散的水基纳米流体。使用波长1064 nm的纳秒级Nd-YAG脉冲激光在去离子水中合成了Al2O3纳米颗粒，并对所得纳米流体的结构、光学及形貌特性进行了表征。通过在不同纳米颗粒浓度（25-45°C温度范围）下测量热导率评估了样品的热性能。透射电镜形貌分析显示Al2O3纳米颗粒呈球形，平均粒径9 nm。结果表明，与纯水相比Al2O3-水纳米流体的热导率得到提升，且温度升高与纳米颗粒浓度增加会进一步提高纳米流体热导率。当纳米颗粒体积分数为0.7 vol.%、温度45°C时，热导率增幅达8.6%。本工作证实了无需使用危险化学品和真空条件，通过液相激光烧蚀法制备高导热Al2O3-水纳米流体的可行性，所合成纳米流体在中温应用领域具有重要应用潜力。
关键词： 导热系数、纳米流体、温度、氧化铝纳米颗粒、激光烧蚀
更新于2025-09-23 15:19:57