【摘 要】
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在当前能源形势下,太阳能光伏发电技术蓬勃发展,而其中的聚光钙钛矿叠层太阳能电池能极大提高电池对光能的利用率,降低成本,因此具有很好的应用前景。而随着工业水平不断提高,聚光太阳电池所能达到的聚光倍数远超从前,与之而来的是电池温度的急剧上升。积聚的热量若不能及时转移将对电池性能和寿命不利,这对电池的散热提出了更高的要求。针对以上问题,本文以去离子水为冷却工质,设计了一种阵列翅片式槽道耦合射流冷却系统,
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在当前能源形势下,太阳能光伏发电技术蓬勃发展,而其中的聚光钙钛矿叠层太阳能电池能极大提高电池对光能的利用率,降低成本,因此具有很好的应用前景。而随着工业水平不断提高,聚光太阳电池所能达到的聚光倍数远超从前,与之而来的是电池温度的急剧上升。积聚的热量若不能及时转移将对电池性能和寿命不利,这对电池的散热提出了更高的要求。针对以上问题,本文以去离子水为冷却工质,设计了一种阵列翅片式槽道耦合射流冷却系统,其耦合了微小通道散热和冲击射流散热两者的优势,具有换热性能强,均温性良好的优点。通过数值模拟结合实验的方法对阵列翅片式槽道耦合射流热沉的流动传热特性进行了研究,具体研究内容和结论有:（1）采用数值计算的方法,对阵列翅片式槽道耦合射流热沉的射流高径比H/d、槽道纵宽比HL/W、泵功Ppumping等参数对热沉换热性能的影响进行了模拟,与微射流热沉对比,发现阵列翅片式槽道耦合射流的方式具有更好的换热效果,并进一步分析了造成两者冷却差异的原因。（2）对模拟结果的分析表明,增大射流雷诺数Rea对提高热沉的换热强度起到了促进作用;HL/W对热沉的换热性能有一定影响,当Rea＞2296.22时,最佳槽道纵宽比HL/W=0.25;泵功Ppumping是影响热沉性能的主要因素之一,热沉热阻Rb在Ppum ping＜0.15W时下降速度很快,但当Ppumping＞0.23W时,这种趋势变得平缓;在其他条件不变的情况下,H/d越小,换热效果越好,在文中当Rea=3538.77,H/d=2时,热沉换热性能最佳。（3）在前期模拟的基础上,围绕阵列翅片式槽道耦合射流热沉搭建了一套实验系统,用加热器模拟聚光钙钛矿叠层太阳能电池发热情况,对热沉进行了实验研究。结果发现:输入热通量Q并不是影响热沉性能及压降（35）P的主要因素,在实验所测试的1590≤Rea≤3540范围内,H/d不变时,h、Nu、以及（35）P单调递增,热沉热阻Rb单调递减,Rea每增大一倍,Nu便提高约50%;实验的极限工况为H/d=9,Rea=1590.46,Q=540W（约为782倍聚光下电池的发热功率）,此时热沉能量利用效率最高,且温度未超过电池的极限工作温度;实验结果与模拟结果的变化曲线吻合度良好,平均温度wT和平均对流换热系数h的最大误差分别为2.12%和4.59%,Rb、（35）P实验和模拟的最大误差分别是4.4%和9.5%,误差均处于合理范围之内,这验证了模拟结果的准确性。研究成果为后续对热沉的结构及性能优化提供了数据支撑。
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