鹽梯度太陽(yáng)池性能優(yōu)化研究.pdf

1、鹽梯度太陽(yáng)池是一種兼具集熱與蓄熱功能的太陽(yáng)能利用設(shè)施。鹽梯度太陽(yáng)池一般由三層組成：上對(duì)流層（Upper Convective Zone，UCZ），非對(duì)流層（Non-convective Zone，NCZ）和下對(duì)流層（Lower Convective Zone，LCZ）。在實(shí)際工程應(yīng)用中，梯度層層數(shù)和鹽濃度對(duì)太陽(yáng)池性能和穩(wěn)定性影響較大，且直接關(guān)系到太陽(yáng)池的構(gòu)建成本和維護(hù)費(fèi)用，十分重要。然而，到目前為止，關(guān)于太陽(yáng)池梯度層層數(shù)、鹽濃度與太陽(yáng)池

2、性能相關(guān)性的報(bào)道較少。本研究利用實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩種手段，分析梯度層層數(shù)和鹽濃度對(duì)太陽(yáng)池集熱和儲(chǔ)熱性能的影響規(guī)律和模式，并從經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)簡(jiǎn)便性考慮，推演構(gòu)建太陽(yáng)池?cái)M選擇的最佳NCZ梯度層層數(shù)和鹽濃度分布。
　　NCZ設(shè)置層數(shù)對(duì)太陽(yáng)池性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著NCZ層數(shù)增加，太陽(yáng)池集熱性能減弱，無(wú)NCZ太陽(yáng)池平均每小時(shí)集熱量分別是含1、2、3層NCZ太陽(yáng)池的1.11倍、2.52倍和4.03倍，熱效率分別是其的1.39倍、2.86倍和

3、5.21倍。NCZ層數(shù)增加，夜間散熱量減小，無(wú)NCZ太陽(yáng)池中，夜間平均散熱量是含3層NCZ太陽(yáng)池的3.56倍。NCZ鹽濃度的實(shí)驗(yàn)表明，鹽濃度的減小有利于太陽(yáng)池的集熱和儲(chǔ)熱性能：NCZ濃度為52 g/L的太陽(yáng)池儲(chǔ)熱區(qū)最高溫度、平均集熱量、儲(chǔ)熱量分別為57.5℃、0.48 MJ、3.42 MJ（31h），而濃度為230 g/L時(shí)分別只有54.3℃、0.45 MJ、1.51 MJ。
　　NCZ設(shè)置層數(shù)對(duì)太陽(yáng)池性能的數(shù)值模擬結(jié)果證實(shí)：NC

4、Z層數(shù)不同，鹽濃度分布趨勢(shì)相同，都是隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸趨于線性，且NCZ層數(shù)越多，太陽(yáng)池達(dá)到線性穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間越短；同樣，NCZ層數(shù)也影響太陽(yáng)池集熱和儲(chǔ)熱性能，隨著NCZ層數(shù)增加，太陽(yáng)池集熱性能降低，而保溫性能提高。無(wú)NCZ太陽(yáng)池運(yùn)行100天后集熱性能是含3層NCZ太陽(yáng)池的2.0435倍；而無(wú)NCZ太陽(yáng)池運(yùn)行100天時(shí)的熱傳導(dǎo)速率是含3層NCZ太陽(yáng)池的1.3603倍。此外，無(wú)NCZ太陽(yáng)池中，最高平均溫度和熱效率值分別為74.23℃和16

5、.38％，而在含三層NCZ太陽(yáng)池中，為73.8℃和16.8%。模擬結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
　　太陽(yáng)池梯度層鹽濃度對(duì)太陽(yáng)池性能影響的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：不同的梯度層鹽濃度變化對(duì)太陽(yáng)池性能影響效果不同。在LCZ，鹽濃度的增加能提高太陽(yáng)池的集熱性能，降低熱量散失的速率，LCZ濃度為298 g/L時(shí)，集熱量值最大為938.69 MJ；而在UCZ，鹽濃度的增加，太陽(yáng)池的溫度、集熱量、儲(chǔ)熱量、熱效率會(huì)降低，抑制了太陽(yáng)池的集熱和儲(chǔ)熱性能。UCZ為淡水時(shí)太陽(yáng)

6、池的最大集熱量是UCZ濃度為31 g/L的1.05 倍，而平均熱效率是其的1.29倍。鹽濃度對(duì)太陽(yáng)池性能的數(shù)值模擬分析證實(shí)：UCZ濃度增加，儲(chǔ)熱區(qū)最高溫度減小，太陽(yáng)池運(yùn)行100天后，UCZ為淡水的最高溫度是60.05℃，而UCZ為31 g/L的最高溫度為60.00℃。最高溫度基本相同，太陽(yáng)池溫度性能相似。
　　通過(guò)本課題研究，說(shuō)明在構(gòu)建太陽(yáng)池時(shí)，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂虻乩項(xiàng)l件和實(shí)際用途，設(shè)置適當(dāng)?shù)腘CZ層數(shù)和各梯度層濃度，