纳米磁流体对太阳能辐射选择性吸收特性调节机理

Nanofluid has the ability to selectively absorb solar radiation, which make it possible to split solar spectrum to export electricity and thermal energy simultaneously as a fluid optical filter. Nano-magnetic fluid is a kind of special nanofluid which has magnetism and rheological property. The effect of rheological property makes magnetism nanoparticle to form chain-like structures, thus the radiation characteristic of nano-magnetic fluid was changed. Therefore, nano-magnetic fluid may regulate the solar energy export. The aim of this project is to investigate the allocation of solar energy within the whole solar spectrum with nano-magnetic fluid:.1) Investigate the selective absorption characteristic of nano-magnetic fluid for whole solar spectrum with different magnetic field..2) Simulate the microscale chain structure formation and growth inside with Molecular Dynamics (MD) method, and then analyze the chain structure with fractal theory..3) Investigate the change law of radiation characteristic under the chain structure formulation of nano-magnetic fluid with the overlay T matrix method..4) Develop PV/T energy export apparatus with magnetic control, analyze the regulation law of electricity and thermal energy export with theoretical and experimental method..The project will provide a theoretical basis for exploring an active regulation method for solar energy export.

纳米流体对太阳辐射具有选择性吸收特性，使其成为能对太阳光进行分频的光学介质，通过光伏热联用同时获得电能与热能。纳米磁流体是一种具有磁性和流变性的特殊纳米流体，磁流变效应使磁纳米颗粒形成链状聚集结构，进而影响磁纳米流体整体辐射特性，使其有可能成为对太阳辐射能量输出进行调节的重要手段。本项目将针对纳米磁流体在太阳能全频谱范围的能量调配利用展开研究：.1）利用光谱分析法研究在磁场作用下纳米磁流体对全波段范围内太阳辐射选择性吸收规律；.2）采用分子动力学方法在微观尺度模拟纳米磁流体内部链状结构形成及成长过程，进而运用分形理论定量分析链状结构；.3）采用叠加T矩阵方法对磁流体内部链状结构形成而导致辐射特性变化的规律进行研究，分析磁场对纳米磁流体辐射特性调节物理机理；.4）开发磁控光伏热联用装置，从理论和实验研究磁场对电与热输出的调控方法。.本项目将为探寻太阳能能量输出的主动调控方法提供一种理论基础。

纳米流体对太阳辐射具有选择性吸收特性，使其成为能对太阳光进行分频的光学介质，通过光伏热联用同时获得电能与热能。纳米磁流体是一种具有磁性和流变性的特殊纳米流体，磁流变效应使磁纳米颗粒形成链状聚集结构，进而影响磁纳米流体整体辐射特性，使其有可能成为对太阳辐射能量输出进行调节的重要手段。.本项目主要针对纳米磁流体在太阳能全频谱范围的能量调配利用展开如下研究：1）普通纳米流体的辐射特性的研究；2）磁场作用下纳米磁流体对全波段范围内太阳辐射选择性吸收规律；3）开发磁控光伏热联用装置，从理论和实验研究磁场对电与热输出的调控方法。.研究结果表明：1）采用瑞利散射模型和Mie（米氏）模型对纳米流体最重要的辐射特性之一的透射率进行了理论分析；并运用实验数据进行对比验证，结果表明：Mie模型比瑞利散射模型更加准确，在光伏热实验平台开发利用中具有更好的适用性。2）水基SiO2纳米流体对光电可用辐射有高透过性，对低频辐射有高吸收性，与Si-PV光伏响应曲线基本匹配；当流体体积分数小于0.5%时，透射率实验值与理论值吻合度好；以水基SiO2纳米流体作为PV/T辐射分频工袁可有效降低Si-PV的温升速率，且其光热总效率可达75%。3）外加磁场可以提高PV/T系统的价值函数值MF，与未加磁场相比，施加120GS磁场后，采用体积分数为0.01%的磁性铁酸锰纳米磁流体和氧化铁纳米磁流系统的MF值分别提高了12%和19.2%。4）外加水平磁场能够调节PV/T系统光电与光热的输出，其中光热的输出随着磁场强度的增加而增加，而系统的光电转换效率相反，随着磁场强度的增加，光电转换效率减小。.本项目将为探寻太阳能能量输出的主动调控方法提供一种理论基础，为未来开发出低成本、可灵活管理并调控的高效太阳能利用装置提供参考依据。