基于纳米流体的复合抛物面聚光器的设计与热分析

在本项工作中，主要设计了一种基于NF的新型的CPC的聚光器。主要从对所设计的CPC进行光学分析、CPC倾斜角度的优化以及基于纳米流体的接收器的理论模型这三部分进行研究。文献中所提出的CPC的设计主要基于如图1所示的两个主要的几何参数。第一个是位于接收管两侧的非对称抛物面反射器，第二个是连接左右反射器的椭圆形反射器。其优点是提供了入射辐射的均匀分布，并且实现了更高的光学效率。

同时，将其与传统的CPC进行比较(如图2所示)，因所设计的CPC在半接收角上不对称。因此，所设计的CPC在正入射角 (+AoI) 上表现出更高的光学效率。还将CPC与同孔径的面积的矩形非聚光集热器(NNCC)的光学效率和温升进行了比较，从图3中可以看出CPC的性能优于矩形NNCC。

图2. 所提出的 CPC 设计和传统 CPC不同入射角的光学效率

图4. 不同倾角值下的昼夜全球辐照

图5. (a)基于纳米流体的接收器的横截面图;(b)纳米流体的流动方向

为评估添加NP后的热增强和压降，作者进行了?分析。同时，在考虑节点数对出口温度的影响下，为找出最佳节点数，还进行了网格独立性的研究。从图6(a)中可以看出，5×10³到30×10³节点范围内的出口温度保持恒定，即使在30×10³节点之后，变化也仅为 0.0001℃。此外，已考虑用于求解辐射传递方程的空间已被划分为 25 个节点。空间范围为1~25 mm，每个节点的厚度为1 mm。

在NCPC中，NP的体积分数起着重要作用，因为其热效率和温升的性能取决于它们在基液中的数量。因此，首先测试了纳米颗粒体积分数对光效率（图6,b）、温升(图6,c)和热效率(图6,d)的影响。同时，还研究了三种不同NF NCPC在(i)两个同心玻璃管在环带中具有真空和 (ii) 没有任何包封管的单个玻璃管的两种接收器中质量流量对温升、热损失和热效率的影响（见图7-9）。 

图6. (a)出口温度 v/s 用于网格的节点数；(b)体积分数对聚光器光学效率的影响；(c)体积分数对纳米流体温升的影响；(d)体积分数对聚光器热效率的影响。

图7. 质量流量对 (a) 纳米流体的温升、(b) 热损失的影响（i）

图8. 质量流量对 (a) 纳米流体的温升、(b) 热损失的影响（ii）