太阳能光热发电蓄热材料的热性能研究

作     者：赵文敬 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐江荣

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：太阳能光热发电 蓄热材料 导热 热容 ANSYS 

摘      要：目前能源需求量越来越大,新能源替代传统能源,迫在眉睫,而太阳能光热发电的发展缓解了能源危机,因此近年来,太阳能光热发电技术引起了世界各国的高度重视,并同时进行了相关方面的发展。为了降低发电成本、提高太阳能发电效率、增加太阳能光热发电系统的稳定性和提高太阳能光热发电系统的连续性,需要另外增加蓄热装置,使系统能够在没有太阳辐射能量的时候,继续满足发电的需要。如果解决了蓄热问题,那么光热发电对于能源补充将会有很大的作用,而蓄热材料的成本高昂,故急需研究出廉价高效的蓄热材料。本文分析煤渣作为太阳能蓄热材料的可行性,进行了一定的理论和实验研究,为蓄热材料的选择及性能改进提供实验依据和理论基础。本文首先使用扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪分析了温州电厂和扬州电厂煤渣的理化特性,探索温州电厂和扬州电厂两电厂的煤渣作为高温蓄热材料的蓄热和导热性能,利用激光导热仪和差式扫描量热仪(DSC),对煤渣的导热系数和比热容进行测试。其结果显示,温州电厂煤渣的比热容为1.13 k J/(kg·K),导热系数为0.18 W/(m·K);扬州电厂煤渣的比热容为0.88 k J/(kg·K),导热系数为0.21 W/(m·K),并使用ANSYS进行数值模拟,得到煤渣作为蓄热材料在蓄热罐内的温度分布规律。其次又在煤渣中添加铁粉(其中煤渣与铁粉的质量比为9:1),制成改良后的煤渣,对其热性能进行研究,揭示改良后的煤渣作为蓄热材料的导热、热容等热性能。其结果显示,加入铁粉改良后温州电厂的煤渣的比热容为13.58 k J/(kg·K),导热系数为3.76 W/(m·K);加入铁粉改良后扬州电厂的煤渣的比热容为13.35 k J/(kg·K),导热系数为3.80 W/(m·K)。最后分别改变煤渣和铁粉的质量比和搅拌时混入的水泥的质量分数,测试蓄热材料的蓄热和导热性能。其结果显示,煤渣与铁粉的质量比为5:5时,导热能力过强,不利于蓄热过程的进行;水泥的含量为0.03g时,限制了蓄热能力,从而不利于蓄热过程的进行。所以,由实验可得:样品质量为1g,温州电厂和扬州电厂的煤渣均在煤渣与铁粉的质量比为6:4,外加水泥作为粘合剂时的含量为0.03g时,煤渣具有最好的热性能,最有利于蓄热过程的进行。