鹽梯度太陽池性能優(yōu)化研究.pdf

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

2、性能相關(guān)性的報道較少。本研究利用實驗研究和數(shù)值模擬兩種手段，分析梯度層層數(shù)和鹽濃度對太陽池集熱和儲熱性能的影響規(guī)律和模式，并從經(jīng)濟性和維護簡便性考慮，推演構(gòu)建太陽池擬選擇的最佳NCZ梯度層層數(shù)和鹽濃度分布。
　　NCZ設(shè)置層數(shù)對太陽池性能的實驗結(jié)果顯示：隨著NCZ層數(shù)增加，太陽池集熱性能減弱，無NCZ太陽池平均每小時集熱量分別是含1、2、3層NCZ太陽池的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NCZ太陽池中，夜間平均散熱量是含3層NCZ太陽池的3.56倍。NCZ鹽濃度的實驗表明，鹽濃度的減小有利于太陽池的集熱和儲熱性能：NCZ濃度為52 g/L的太陽池儲熱區(qū)最高溫度、平均集熱量、儲熱量分別為57.5℃、0.48 MJ、3.42 MJ（31h），而濃度為230 g/L時分別只有54.3℃、0.45 MJ、1.51 MJ。
　　NCZ設(shè)置層數(shù)對太陽池性能的數(shù)值模擬結(jié)果證實：NC

4、Z層數(shù)不同，鹽濃度分布趨勢相同，都是隨時間的延長而逐漸趨于線性，且NCZ層數(shù)越多，太陽池達到線性穩(wěn)定狀態(tài)的時間越短；同樣，NCZ層數(shù)也影響太陽池集熱和儲熱性能，隨著NCZ層數(shù)增加，太陽池集熱性能降低，而保溫性能提高。無NCZ太陽池運行100天后集熱性能是含3層NCZ太陽池的2.0435倍；而無NCZ太陽池運行100天時的熱傳導速率是含3層NCZ太陽池的1.3603倍。此外，無NCZ太陽池中，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太陽池中，為73.8℃和16.8%。模擬結(jié)論與實驗結(jié)果一致。
　　太陽池梯度層鹽濃度對太陽池性能影響的實驗證實：不同的梯度層鹽濃度變化對太陽池性能影響效果不同。在LCZ，鹽濃度的增加能提高太陽池的集熱性能，降低熱量散失的速率，LCZ濃度為298 g/L時，集熱量值最大為938.69 MJ；而在UCZ，鹽濃度的增加，太陽池的溫度、集熱量、儲熱量、熱效率會降低，抑制了太陽池的集熱和儲熱性能。UCZ為淡水時太陽

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。鹽濃度對太陽池性能的數(shù)值模擬分析證實：UCZ濃度增加，儲熱區(qū)最高溫度減小，太陽池運行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，太陽池溫度性能相似。
　　通過本課題研究，說明在構(gòu)建太陽池時，應(yīng)充分考慮當?shù)氐臍夂虻乩項l件和實際用途，設(shè)置適當?shù)腘CZ層數(shù)和各梯度層濃度，