太阳能集热系统中储热油罐容量的极值搜寻研究

摘要

该文对太阳能集热系统中储热油罐容量的极值搜寻(ES)进行研究。通过建立储热系统的动态数学模型,设计储热油罐容量的ES问题,运用数值优化方法求解ES问题。
　　结合太阳能物理基础,建立标准太阳能辐射强度数学模型。针对太阳能光热利用,提出一种太阳能集热系统的实验平台设计。首先对原理框架进行设计,将系统划分为五个模块。其次,针对系统五个模块进行详细的参数设计,包括过程参数的检测电路和储热油罐容量的设计。储热模块中的储热油罐容量优化一定程度上等同于滤波器设计。通过设计储热油罐容量的 ES数学模型,反复迭代容量参数进行系统热平衡模拟仿真,证实容量参数存在极值点结论。对容量参数优化过程进一步转化为凸曲线优化,运用数值优化方法,以基于黄金分割法的和基于连续抛物线插值法的凸优化算法对容量极值点进行求解。
　　以40m2的槽式太阳能集热系统作案例分析,对储热模块输出温度值大于100℃的热能维持时间最长的储热油罐容量极值搜寻。通过基于黄金分割法的 ES求解法和基于连续抛物线插值的ES求解法对储热油罐容量的ES问题进行求解,结合MATLAB中的fminbnd极值求解,搜寻储热油罐容量的最优解。从快速性、稳定性以及可靠性三个角度对两种极值优化算法进行比较。通过对储热油罐容量的极值搜寻问题的研究,证实了极值搜寻可以提高太阳能系统中热能利用率,具有一定的经济价值。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状和进展

1.3 本课题研究的内容

第2章 太阳能物理基础

2.1 太阳简述

2.2 日地天文关系

2.3 标准晴天直接太阳辐射量的计算模型

2.4 太阳能热利用

2.5 本章小结

第3章 太阳能热利用系统的设计

3.1 太阳能热利用系统总体设计

3.2 系统模块设计过程

3.3太阳能热利用系统实验平台设计

3.4 本章小结

第4章 储热油罐容量的极值搜寻

4.1 极值搜寻问题的陈述

4.2 储热油罐容量极值搜寻的数值求解方法

4.3 本章总结

第5章 基于储热油罐容量的ES数值优化结果

5.1 储热系统数值分析

5.2 ES数值优化结果

5.3 数值优化结果对比分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录