太阳能被广泛认为是最有前途的能源,并因此引起了许多研究者的关注[1-4].太阳能利用的最基本方法是光热转换.间接吸收太阳能集热器的传热过程存在大量的热量流失,光热转换效率低.为了改善传热和降低成本,直接吸收太阳能集热器在20世纪80年代被引进[5].
纳米流体可以有效地改善液体的热物理性质,提高工质在太阳光谱波长范围内的吸收性能.Mehrali等[6]利用石墨烯-银纳米流体研究了直接吸收式太阳能集热器全光谱光热转换.研究结果表明,集热器的效率可达77%.西安交通大学张煜等人[7]实验测定集热器内为纯水时集热器效率39.99%,使用金纳米流体时集热器的效率高达78.75%,并且所用金纳米颗粒的等离激元共振发生在波长500 nm左右,集热器内的光谱强度在该波段附近明显减弱.这是因为当表面等离子体共振效应被激发时,光的吸收和散射可显著增强[8].
影响直接吸收式太阳能集热器转换效率的因素很多,包括太阳辐射强度、体积分数、质量流率和光学厚度,很多研究者对这些影响进行了研究.宗美林等[9]实验测定了不同质量浓度水基碳纳米管纳米流体的光热转化效率.结果表明,纳米流体的光热转换效率随着质量分数的增加而降低,最高为37.31%.Gupta等[10]在研究中指出,Al2O3纳米流体直接吸收式太阳能集热器在流量1.5 L/min的情况下热效率相比去离子水提高了8.1%, 2 L/min的工况下可提高4.2%.
对于非球状纳米颗粒,不同入射角度将因尺寸影响引起不同程度的等离子激元效应.现有研究对于非球状纳米颗粒入射情况研究甚少.段慧玲等[11]实验测试了不同形状的金纳米颗粒在水中形成的混合等离子体纳米流体的光热特性.实验表明,与单组分纳米流体相比,等离子体混合纳米流体的消光谱得到了拓宽.
为了得到纳米流体的光谱吸收特性,测定流动过程纳米流体温升,通过精确流速控制,测试纳米流体的透射率,从而准确掌握实际应用效率很有必要.金纳米棒颗粒较容易地合成,并且通过调整长径比可以简单地调整其光学性能[12].为了测试纳米棒流体的光学特性,设计了实验方案,研究其于直接吸收式太阳能集热器的实际应用价值,通过精确流速控制,准确掌握实际应用效率.