聚集輻射熱解鐵酸鹽顆粒過(guò)程光熱特性分析(1)

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TK123學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.1.016.7密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文聚集輻射熱解鐵酸鹽顆粒過(guò)程光熱特性分析博士研究生：黃興導(dǎo)師：李炳熙教授副導(dǎo)師：帥永教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)博士學(xué)科、專(zhuān)業(yè)：工程熱物理所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2016年3月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要太陽(yáng)能利用以其儲(chǔ)量無(wú)限性、開(kāi)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(wèn)

2、題的有效途徑之一。太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)換是通過(guò)聚光產(chǎn)生高溫?zé)崮軄?lái)驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)反應(yīng)，將所聚集的太陽(yáng)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(yáng)能與熱化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的能量轉(zhuǎn)換過(guò)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(yáng)能存儲(chǔ)為解決單獨(dú)光熱利用系統(tǒng)不穩(wěn)定、不連續(xù)等問(wèn)題，有效提高太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的效率。相比于其他制氫工質(zhì)對(duì)，鐵酸鹽(MFe2O4，M=Ni，Co，Cu，Zn等)工質(zhì)對(duì)由于其熱解溫度較低、

3、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?xún)刹綗峄瘜W(xué)循環(huán)制氫為應(yīng)用背景，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)太陽(yáng)能高效低成本利用技術(shù)的發(fā)展需求，分析了太陽(yáng)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(cè)量相結(jié)合的手段研究了聚集太陽(yáng)輻射熱解鐵酸鹽顆粒過(guò)程中光熱傳輸特性。主要的研究?jī)?nèi)容如下：采用化學(xué)共沉淀法制備了適用于中高溫太陽(yáng)能熱化學(xué)制氫的鐵酸鹽微顆粒(NiFe2O4、CuFe2O4、Mn0.9Cu0.1Fe2O4)，采用X

4、RD、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(guò)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(xiàn)以及初始分解溫度；基于失重曲線(xiàn)采用FlynnWallOzawa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(guān)活化能、指前因子和機(jī)理函數(shù)。搭建了用于能源材料光譜輻射物性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)中國(guó)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(cè)量誤差以及測(cè)量不確定度。采用溴化鉀壓片法測(cè)量

5、了鐵酸鹽微顆粒在光譜區(qū)間0.52.1μm的光譜透過(guò)特性；運(yùn)用Mie理論和KK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)并分析了太陽(yáng)能多碟聚光系統(tǒng)焦平面熱流的分布規(guī)律，揭示了太陽(yáng)能多碟聚光系統(tǒng)中反射鏡固定螺栓遷移對(duì)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(yáng)能熱裂解金屬氧