仿生光热转换纤维及纺织基太阳能集热技术研究取得系列成果

发布时间:2019-01-03访问量:93

近期,我校纺织学院郭建生教授指导的博士生贾浩同学在仿生光热转换纤维及纺织基太阳能集热技术研究方面持续取得了重要进展和成果,相关工作多次发表在Solar Energy MaterialsSolar Cells》、《Renewable Energy》、《Journal of Bionic Engineering》等太阳能研究领域及仿生工程领域的国际知名期刊上。

基于北极熊毛发独特的绝热结构及光热转换特性,该团队设计了新型的光热转换纤维模型,为柔性的光热转换纤维材料的研发探索了全新的设计方案。其中采用冷冻干燥方法对光导纤维管进行非连续涂层处理,制备得到了性能良好的内部部分填充涂层中空光导纤维结构,这种部分填充的内涂层结构有助于光导纤维进行光耦合作用,引入的荧光涂层材料有利于提升光热转换效率。测试表明,相比无涂层以及外涂层的光导纤维,内涂层的中空光导纤维管设计可以显著提升纤维的聚光能力,获得良好的聚光传导性能。

透明绝热材料在新能源开发与节能技术领域具有广阔的应用前景。但传统的透明绝热材料大多采用的是玻璃等非柔性材料,其在灵活性等方面都存在很多限制。目前在世界范围内,柔性纺织基透明绝热材料的相关研究还不多见。团队在研究中提出了基于间隔织物和聚二甲硅氧烷薄膜的透明绝热材料,并进一步探索了表面聚对二甲苯涂层处理对其性能的影响。通过相关研究测试,得到了最优的纺织基透明绝热材料设计方案。并搭建应用此纺织基透明绝热材料的太阳能集热模型装置进行了实际实验测量,进一步验证了该设想的可行性和实用性。

该团队还在纺织基太阳能空气集热器热效能理论分析研究的基础上,构建了计算纺织基太阳能空气集热器组热效能的数学模型,并模拟计算了纺织基太阳能空气集热器在不同结构参数、入口参数、光学参数和环境参数的情况下,集热器的出口温度、吸热层温度、有用能、效率因子以及热迁移因子等性能指标。并应用所建立的数学模型,制备了初期产品装置,进行了室外太阳能集热试验,验证了所设计系统的有效性,并验证了相关模拟结果的正确性。

该系列研究对纺织基柔性透明绝热材料及纺织基太阳能集热技术的研发具有积极意义,有利于拓展该类产品的适用范围及其性能的进一步提升。该课题获得东华大学研究生学位论文创新基金的大力支持。

具体论文信息:

  1. Hao Jia, Jingjing Zhu, Zhaoling Li, Xiaomei Cheng, Jiansheng Guo*, Solar thermal energy harvesting properties of spacer fabric composite used for transparent insulation materials. Solar energy materials and solar cells. 2018, 174, 140–145. (1, IF=5.018)

  2. Hao Jia, Jingjing Zhu, Zhaoling Li, Xiaomei Cheng, Jiansheng Guo*, Design and Optimization of a Photo-Thermal Energy Conversion Model Based on Polar Bear Hair. Solar energy materials and solar cells. 2017, 159, 345–351. (1, IF=5.018)

  3. Hao Jia, Xiaomei Cheng, Jingjing Zhu, Zhaoling Li, Jiansheng Guo*, Mathematical and Experimental Analysis on Solar Thermal Energy Harvesting Performance of the Textile-based Solar Thermal Energy Collector. Renewable Energy. 2018, 129, 553-560. (2, IF=4.900)

  4. Hao Jia, Jiansheng Guo*, Jingjing Zhu, Comparison of the Photo-thermal Behavior of Polar Bear Hair and Wool of Sheep. Journal of Bionic Engineering. 2017, 14, 616-621.(3, IF=2.325)


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