东南大学机械工程学院陈※震教授团队重新构建辐射制冷汇♂聚╲理论
【东大新闻网1月17日电】(通讯员 余前国)辐射制冷技术利用外太空的超低温实︻现无能耗制冷,作为一种绿色新能源技术,已经引起了学术界和工业界的广泛关注。受限于“普朗克黑体辐射定律”,辐射制冷极限功∮率约150 W/m2,仅凭借材料设计永远无法打破此极限。
类似于太阳光汇聚,辐射制冷汇聚№结构能够提高辐射制冷功率,加大制冷●温差。辐射制冷领域的资深著名学者、悉尼理工大学的Geoff Smith教授于2009年建立了辐射制冷汇聚的理论模型,该模型自发▲表以来被辐射制冷领域的同行们大量引用,并作为实验设计的依据。
然而,由于该模型没有考虑热辐射』的“吸收-辐射互易性”(图1a),导致其严重高估了辐射制冷汇聚的效果;更重要的是该模型的推论违背热力学第二定律!
东南大学陈震教授团队指出了这▓一理论错误,并基于“吸收-辐射互易性”重新构建了符合第二定律的物理图像(图1b)。团队利用“射线追▽踪法”优化了“汇聚器”的几何形状与参数(图1c)。基于优化↘结果,团队设计了辐射制冷汇聚实验,验证了理论模型的正确性,实现了26%制冷增强(图2、图3)。
该研究成果论文发〓表于光学领域著名学术期刊《Optics Express》,题为“Concentrated radiative cooling and its constraint from reciprocity”,博士研究生董铭豪为文章第一作者,陈震教◥授为论文通讯作者;另外,宾州州立大学的Linxiao Zhu教授和◢斯坦福大学的Shanhui Fan教授也参与了研究。论文被选为Editor's Pick(编辑精选)文章。(Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field.)
陈震教授带领的纳米能源实↑验室(Nano/Energy Lab),长期专注微尺度传热学与纳米光子学的基础前沿科学研究,这些研究可广泛应用于能源、淡水、芯片散热与微纳医疗等世界∩前沿技术问题。
图1:(a)错误的“辐射制冷汇聚”物理图像:忽略了“吸收-辐射互易性”(b)完整的物理图像(c)“射线追踪”法优化辐射制冷汇聚效果。
图2:(a)实验设计(b)实验材料☆光谱图(c)实验过程描述(d)实验结果。
原文链接:https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-1-275&id=466236
(责任编辑、审核:宋健刚)
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