研究者都忽略了這？太陽能高溫科技集熱器顆粒老化和流化性能研究

2020-10-11 科研探子

為啥能考慮到這一點呢？

固體顆粒集熱器作為第四代太陽能熱發電系統的光熱轉換單元，近年來已經成為光熱領域的研究熱點之一。而大多數研究者將研究中心主要放在：高溫顆粒集熱器的設計，不同材料顆粒的集熱性能以及如何將集熱器溫度分布更加均勻等方面，很少有研究者去研究目前具有極大應用潛力的固體顆粒在高溫和流動狀態下的性能演變，主要包括：顆粒密度與尺寸變化、表面紋理與結構組分變化、集熱能力變化以及光吸收性能變化等。

故，本文可以研究下，眾多研究者比較認同的能夠用於太陽能光熱電站的三種固體顆粒在高溫老化以及流動狀態下物理參數、熱學性能以及光學性能方面的變化情況。

三種固體顆粒為：SiC固體顆粒(純度98.5%-99.3%)；矽砂（91%-97%SiO2）；Carbo Accucast ID50

以上顆粒性能參數該如何表徵和測量呢？

  • 顆粒密度：用先前校準的氦比重瓶測微儀進行了表徵，Acuu-Pyc 1330
  • 顆粒尺寸分布：雷射衍射粒度分析儀進行測量，Beckman Coulter LSTM 13 320
  • 顆粒表面紋理：用掃描電子顯微鏡進行表徵，FEI Quanta-200
  • 顆粒熱學性能（Cp比熱）：差示掃描量熱法，DSC822e
  • 顆粒光吸收能力：分光光度計測量顆粒在300-2500nm波長範圍內的光吸收能力
  • 顆粒化學成分：X射線衍射儀，分析其結晶相進行表徵

實驗如何分組進行對比呢？

實驗樣本共分為4組，每種固體顆粒準備4個樣本，共3*4=12個樣本。

  • 第1組：原樣本，測試其各性能
  • 第2組：老化實驗樣本，將該組樣本放入900℃加熱爐中500h進行老化實驗
  • 第3組：流化實驗樣本，將顆粒以最低流速的2倍進行流動，並表徵其磨損和腐蝕情況
  • 第4組：老化+流化實驗樣本，高溫下老化處理後，冷卻到室溫再進行流化實驗

固體顆粒的最低流速又該如何確定呢？

最小流化速度是流化領域中的關鍵參數，並且將其定義為克服流化床中顆粒重量所需的最小氣流速率。該文按照其它研究者建議的測量過程，通過實驗測量了三種顆粒的最小流化速度，矽砂，SiC和Carbo的最小流速分別為0.08、0.09、0.10m/s。

實驗結果怎麼樣呢？

化學組分變化測試結果，詳見原文。

可以得到哪些結論呢？

  1. 實驗後，它們的化學成分、儲能能力（比熱）和光吸收率都沒有明顯變化。
  2. SiC和Carbo的具有非常高的吸收率，約為0.9或更高，而對於矽砂，約為0.4，但是矽砂的成本要比其他兩種顆粒低4-5倍。

當看到這的時候，筆者就想，該文的高溫老化實驗與顆粒吸熱器的實際工況其實還是存在一定差異的。在實際工況下其會受到冷熱交替，故有待進一步分析！

但是，本文作者也考慮到了這一點，而且比筆者考慮的還要全面。具體怎樣，看下展望！

本文展望

  1. 流化實驗+冷熱循環實驗研究。
  2. 綜合經濟性評價：矽砂光學性能極差，但其成本低，密度較低，將其泵入集熱器系統所需功率也小。所以，需要從經濟性的角度評價SiC和Carbo集熱效率的提高能否彌補材料本身成本高和所需設備要求成本高。

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論文號：

10.1016/j.solmat.2020.110793（Top, 2020）

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