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世紀解決化石能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應等問題的有效途徑之一。太陽能高溫熱化學轉換是通過聚光產生高溫熱能來驅動熱化學反應，將所聚集的太陽能轉化為碳氫燃料的化學能，并在制氫、溫室氣體減排等領域得到廣泛的研究與應用。太陽能與熱化學反應相結合的能量轉換過程不僅使其由物理能品位提升到化學能品位，而且可以將太陽能存儲為解決單獨光熱利用系統不穩(wěn)定、不連續(xù)等問題，有效提高太陽能熱利用系統的效率。相比于

2、其他制氫工質對，鐵酸鹽(MFe2O4，M=Ni，Co，Cu，Zn等)工質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氫率而受到了人們的青睞。
　　本文以兩步熱化學循環(huán)制氫為應用背景，結合實際應用過程中對太陽能高效低成本利用技術的發(fā)展需求，分析了太陽能熱化學轉換技術中光-熱-化學能輸運特性，采用數值模擬與實驗測量相結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。主要的研究內容如下：
　　采用化學共沉淀法

3、制備了適用于中高溫太陽能熱化學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；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顆粒的熱分解動力學三參數：表觀活化能、指前因子和機理函數。
　　搭

4、建了用于能源材料光譜輻射物性測量的實驗裝置，通過中國計量院的標準樣片實驗數據獲得了實驗系統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；運用Mie理論和K-K關系式反演獲得了鐵酸鹽粒子的復折射率與光譜的變化關系；基于計算得到復折射率，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系。
　　建立了多層-多碟聚光器的光輸運模型，校正了多碟系統設計參數并分析了太

5、陽能多碟聚光系統焦平面熱流的分布規(guī)律，揭示了太陽能多碟聚光系統中反射鏡固定螺栓遷移對聚集熱流散斑的影響機理。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反應流的光熱輸運模型，分析了NiFe2O4反應顆粒粒徑、質量流量、保護氣體流速以及溫度等對反應器內溫度場、流場分布以及反應顆粒轉化率的影響；研制了腔式太陽能熱化學反應器，分析了運行參數對反應腔熱性能的影響，獲得了太陽直射熱流密度以及保護氣體流量對反應器內壁面溫度的