塔式太阳能集热器建模与动态分析

摘要

近年来，中国经济飞速发展，能源消耗量日益增大。但是由于传统能源的不可再生以及过多利用会对环境造成污染，大力发展新能源已势在必行。太阳能发电以其特有的优点被越来越多的人所重视。集热器是太阳能发电系统中最重要的部分之一，研究其模型结构和动态分布特性对于太阳能发电具有重要的意义。
　　本文以美国Solar Two电站的塔式太阳能外露式集热器作为研究对象，以合理的简化假设为基础，根据质量守恒、动量守恒、能量守恒原理以及熔融盐（60％NaNO3和40％KNO3）相关的物性参数方程，结合工质在吸热过程中遵守的传热学定律，并考虑到流动过程中的热损失，利用MATLAB商业软件搭建出熔融盐工质管道吸热模型。为了研究工质在不同因素的阶跃扰动下的动态变化规律，选择采用了Lagrange流体质点追踪法，该方法通过对管道中不同位置的流体质点流动进行追踪，可以比较准确地反映出管道内工质的温度分布特性以及在同一位置下工质温度随时间的动态变化特性。以工质管道流动模型和流体质点追踪法思想为基础，设计出相关的算法流程，并通过应用MATLAB商业软件的编程功能来实现此算法。同时，论文还针对此模型进行了稳态工况下的验证，保证了模型的准确性。在模型验证的过程中，为了减少不确定因素的影响，采用了一种新的集热器效率计算方法。
　　论文以某一时刻下集热器运行的工况为初始工况，在此基础上分别给予太阳能辐射强度，进口熔盐流量以及入口熔盐温度的阶跃扰动，得到了集热器内工质温度在管道中的分布和同一位置下工质温度随时间的动态变化曲线，并对仿真结果进行了理论分析。为探究阶跃扰动量的大小对集热器系统的影响，模拟过程中对同一因素给以多组不同大小的扰动值，并对结果进行对比。

目录

声明

摘要

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外发展动态及研究现状

1．2．1 国外发展动态

1．2．2 国内发展动态

1．2．3 国内外研究现状

1．3 研究的主要内容

第2章 单相熔融盐工质管道流动建模

2．1 熔融盐性质

2．2 单相受热面数学模型

2．3 本章小结

第3章 分布参数模型建立与验证

3．1 Lagrange流体质点追踪法

3．2 MATLAB软件编程

3．3 算法流程

3．4 集热器效率的计算

3．5 模型稳态验证

3．6 本章小结

第4章 阶跃扰动下的系统动态模拟与分析

4．1 初始工况

4．2 太阳辐射强度阶跃扰动

4．3 流量阶跃扰动

4．4 进口温度阶跃扰动

4．5 本章小结

5．1 主要工作及结论

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士期间参加的科研工作

致谢