聚集輻射熱解鐵酸鹽顆粒過程光熱特性分析.pdf

1、太陽能利用以其儲量無限性、開發(fā)利用清潔性，成為21世紀(jì)解決化石能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題的有效途徑之一。太陽能高溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)換是通過聚光產(chǎn)生高溫?zé)崮軄眚?qū)動(dòng)熱化學(xué)反應(yīng)，將所聚集的太陽能轉(zhuǎn)化為碳?xì)淙剂系幕瘜W(xué)能，并在制氫、溫室氣體減排等領(lǐng)域得到廣泛的研究與應(yīng)用。太陽能與熱化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的能量轉(zhuǎn)換過程不僅使其由物理能品位提升到化學(xué)能品位，而且可以將太陽能存儲為解決單獨(dú)光熱利用系統(tǒng)不穩(wěn)定、不連續(xù)等問題，有效提高太陽能熱利用系統(tǒng)的效率。相比于

2、其他制氫工質(zhì)對，鐵酸鹽(MFe2O4，M=Ni，Co，Cu，Zn等)工質(zhì)對由于其熱解溫度較低、氧化還原性能良好以及具有較高的產(chǎn)氫率而受到了人們的青睞。
　　本文以兩步熱化學(xué)循環(huán)制氫為應(yīng)用背景，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用過程中對太陽能高效低成本利用技術(shù)的發(fā)展需求，分析了太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)中光-熱-化學(xué)能輸運(yùn)特性，采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測量相結(jié)合的手段研究了聚集太陽輻射熱解鐵酸鹽顆粒過程中光熱傳輸特性。主要的研究內(nèi)容如下：
　　采用化學(xué)共沉淀法

3、制備了適用于中高溫太陽能熱化學(xué)制氫的鐵酸鹽微顆粒(NiFe2O4、CuFe2O4、Mn0.9Cu0.1Fe2O4)，采用XRD、SEM等手段獲得了制備顆粒的純度、粒徑、孔隙度等參數(shù)；通過同步熱分析儀獲得了不同加熱速率下NiFe2O4和CuFe2O4顆粒的失重曲線以及初始分解溫度；基于失重曲線采用Flynn-Wall-Ozawa方法得到了NiFe2O4和CuFe2O4顆粒的熱分解動(dòng)力學(xué)三參數(shù)：表觀活化能、指前因子和機(jī)理函數(shù)。
　　搭

4、建了用于能源材料光譜輻射物性測量的實(shí)驗(yàn)裝置，通過中國計(jì)量院的標(biāo)準(zhǔn)樣片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測量誤差以及測量不確定度。采用溴化鉀壓片法測量了鐵酸鹽微顆粒在光譜區(qū)間0.5-2.1μm的光譜透過特性；運(yùn)用Mie理論和K-K關(guān)系式反演獲得了鐵酸鹽粒子的復(fù)折射率與光譜的變化關(guān)系；基于計(jì)算得到復(fù)折射率，采用普朗克平均因子法分析了鐵酸鹽顆粒平均吸收因子與溫度的變化關(guān)系。
　　建立了多層-多碟聚光器的光輸運(yùn)模型，校正了多碟系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)并分析了太

5、陽能多碟聚光系統(tǒng)焦平面熱流的分布規(guī)律，揭示了太陽能多碟聚光系統(tǒng)中反射鏡固定螺栓遷移對聚集熱流散斑的影響機(jī)理。采用蒙特卡洛法與有限體積法建立太陽能熱裂解金屬氧化物顆粒過程中熱化學(xué)反應(yīng)流的光熱輸運(yùn)模型，分析了NiFe2O4反應(yīng)顆粒粒徑、質(zhì)量流量、保護(hù)氣體流速以及溫度等對反應(yīng)器內(nèi)溫度場、流場分布以及反應(yīng)顆粒轉(zhuǎn)化率的影響；研制了腔式太陽能熱化學(xué)反應(yīng)器，分析了運(yùn)行參數(shù)對反應(yīng)腔熱性能的影響，獲得了太陽直射熱流密度以及保護(hù)氣體流量對反應(yīng)器內(nèi)壁面溫度的