摘要：热化学储热由于其储热密度高且能够实现常温下季节性储热的特点而具有广泛的应用前景。本文构建了二维轴对称非稳态气固化学反应模型,对直接式热化学储热系统的储热过程进行了数值模拟研究,并通过与其他学者的实验和模拟结果的对比,验证了所采用的数学模型和数值方法的正确性。通过本文构建的数值模型,进一步探讨了不同的运行条件和参数对于热化学系统储热性能的影响。为未来储热系统的设计和应用提供了重要的参数依据与指导。

摘要：通过控制热光伏系统辐射器的发射光谱,可以有效降低光伏接收器的热损失能量。本文证明了在机器学习的指导下可以实现高效的非周期性选择性热光伏辐射器的设计。对于锑化镓光伏电池,在超过5.23×10^(9)个每层包含不同材料和不同层厚的多层膜候选结构中,仅计算了不超过0.67%的候选结构就可以得到最大特征因子为82.16%对应的结构参数。测量利用优化的结构参数加工的样品发射光谱得到的特征因子为81.35%,并对优化的选择性辐射器进行了系统理论效率分析和热稳定性测试。结果表明采用贝叶斯优化算法可以高效设计选择性热光伏辐射器,进一步促进了基于机器学习的超材料设计方法在其他领域的应用。

摘要：针对CaCO_(3)/CaO储热体系在太阳能光热利用中亟需提升循环稳定性和吸光性的应用现状,提出碳酸钙与钴基金属氧化物协同储热体系。在理论层面,以第一性原理对钙钴复合储热材料光学性质进行详细计算,从电子结构角度揭示光学性能提升机制,实现材料的主动设计。在实验层面,以溶胶凝胶法制备的性能最优材料中检测到的Ca_(3)Co_(2-x)Mn_(x)O_(6)(x=0/0.5/1)复相固溶体是光学性能提升的关键,储热材料吸光比由9.53%提升至79.3%,30次循环转化率由20%提升至53.4%,具有广阔的应用前景。

摘要：本文基于多极展开理论,探究了高介电常数任意截面形状的二维散射体的定向辐射特性,并提出同时实现零前向和零后向散射的反常定向辐射(横向散射)的多极子耦合机制:零阶共振模态与二阶共振模态的振幅满足2倍关系且相位相反。根据上述理论,基于Si纳米条状结构,对于s和p偏振光,在可见光和近红外波段均观察到了理想的反常定向辐射分布。进一步,基于该现象的远近场分布特点,将上述单元设计成一维亚波长周期的超表面结构。以SiO_(2)为基底,实现了全透射零相位传输特性,在SiO_(2)基底上增加一层金属Al,超表面则具有高吸收性能。本文所提出的定向辐射调控方法在高效率能量收集、辐射制冷、定向热发射器等的设计方面均具有潜在的应用价值。

摘要：对包括蜗壳的离心压气机整机模型进行了非定常数值模拟,获得不同工况下的非定常流场数据,采用动态模态分解(DMD)方法对设计工况与非稳定工况条件下蜗壳的三维非定常流场进行模态分解与重构.结果表明:在设计工况下,蜗壳内流场主要受到4.421kHz的长叶片通过频率的影响,而8.841kHz的长、短叶片通过频率的影响则受到抑制;在非稳定工况下,捕捉到了不稳定特征频率和所对应的流动模态,以及蜗壳内流场沿流向呈螺旋线型变化的速度脉动;基于频率特征的DMD方法得到了三维蜗壳模态.

摘要：根据一次表面热交换器(PSHE)的结构特点和流动传热规律,应用优化理论建立以结构质量、传热系数和压力损失为目标函数,以流道几何尺寸和流速为独立设计变量的PSHE多目标优化设计模型,利用线性加权和法将多目标向量极值问题转化为单目标标量极值问题,编程求解该优化数学模型.算例表明,优化设计分析方法可以避免板片几何尺寸选取的主观因素,获得最优性能的最佳设计.寻优分析有助于获得先进紧凑的一次表面换热器部件和高效的热动、化工联合装置.

摘要：本文从实验和理论两方面系统地研究了絮凝对纳米流体光学特性的影响。实验测量了具有不同絮凝程度的TiO2@Ag纳米流体的光谱透射率,结果表明絮凝团簇的尺寸大小对其吸收有显著影响。通过结合有限扩散絮凝算法、多球T矩阵法和蒙特卡洛法发展了一种考虑粒子间相干散射及多重散射的理论模型,并用其研究了絮凝团簇的分形维数及尺寸大小(絮凝程度)对吸收性能的影响机制。实验与理论结果表明,该理论模型可以更合理地预测絮凝纳米流体的光学特性。这对于了解影响纳米流体光学特性的机理及主动设计纳米流体具有重要意义。

摘要：为研究金属陶瓷中金属粒子散射造成的选择性吸收,将通过Mie散射理论求出的辐射特性参数代入蒙特卡洛光线追迹算法中,模拟研究不同金属颗粒对选择性吸收的影响。以Al2O3为陶瓷相,以半径为10～200 nm的Cr、W颗粒为金属相的金属陶瓷。利用散射参数随金属颗粒尺寸的变化,通过不同金属颗粒大小的匹配设计一种双层结构的金属陶瓷涂层。模拟结果表明其太阳能吸收率大于95%,600℃下热辐射发射率为26%,400倍聚光条件下光热转换效率超过93%。

摘要：本文基于对空气等离子喷涂(APS)多孔热障涂层的实际微观结构的分析,首次研究了其辐射特性的各向异性性质。建立了考虑涂层中非球形孔隙及其朝向分布的微结构模型,采用离散偶极子算法(DDA)求解了该多孔微结构在不同辐射热流传输方向的辐射特性分布。为了精确研究微纳结构辐射特性的各向异性对宏观热流传输的影响,本文提出了一种各向异性随机行走方法,推导了相应的宏观传输特性参数,并与传统基于各项同性介质的结果进行了对比。结论表明,涂层辐射特性的各向异性对涂层辐射热流传输有一定影响,实际计算与设计中必须加以考虑。

摘要：本文研究了不同材料以及不同半径组合的核壳结构纳米流体的光热转换效果。同时考虑材料实际的色散特征,基于遗传算法,在所研究的十种材料中,优化选择得到了最佳的核壳材料以及半径的组合参数,在全光谱(0.2~2.5μm)范围内实现了近完美的光热转换效果。计算结果表明,将常见的SiO2材料作为核,金属Ni或者TiN作为壳,合理地选择核壳的半径参数,均能实现99%以上的光热转换效果。特别地,在相同的几何参数下,对于SiO2@Ni以及SiO2@TiN纳米流体,因其能在宽光谱范围内有效地激发等离子体共振,其光热转换效率(99.83%)是传统的由纯Ag、Au纳米流体的约2倍,是SiO2@Ag或SiO2@Au纳米流体的1.2倍左右。本文的研究方法不仅对于设计性能更加优秀的纳米流体组合材料具有指导意义,在实际应用中,可对纳米粒子的几何尺寸进行优化,进一步降低生成成本的同时实现全光谱高效的光热转换.