[发明专利]一种聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法

摘要

本发明公开了一种聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法，并提出一种多维耦合模型。该多维耦合模型针对不同的问题采用不同的子模型，如聚光集热计算借助于蒙特卡洛光线追迹法，热工水力参数采用一维离散模型，集热管温度分布采用二维有限模型，热应力问题采用三维有限元模型，热力循环计算则采用零维模型。这种耦合方式可以实现精度与效率双优，同时也能获得局部详细信息与系统整体性能，该模型的利用具有极大的灵活性。可以根据获得的热工水力参数调节运行系统，可以用来预测各种不确定因素对电厂性能的影响，可以实时定位监测集热管的热应力应变情况。同时该模型方法也很容易应用于其他聚光形式的太阳能热发电系统。

主权项

1.一种聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)针对太阳能热发电系统聚光器结构建立三维光学计算模型，采用蒙特卡洛光线追迹法计算集热管接受的辐射热流密度分布；2)沿程对传热工质采用一维离散模型，用于求解热工水力参数；3)采用有限容积法，对集热器建立二维离散模型，用于求解集热管温度分布；求解热工水力参数和集热管温度分布的具体方法如下：获得集热管热流密度边界后，根据一维离散模型1D和二维离散模型2D建立集热管的热平衡关系，求解热工水力参数和集热管温度分布；其中一维离散模型1D相邻单元温度关系为：集热管的二维传热控制方程为：4)采用有限元法，建立集热管三维离散模型，加载二维温度边界条件，求解集热管的应力应变问题；获得集热管温度分布后，根据工质的温度与焓值以及集热管轴向温差的大小判断是否进行三维应力结构分析，即预判是否为集热管承受的应力或变形最大位置；如果判定是最易出现安全问题的集热管部分，则调用三维离散模型；热结构问题基本控制方程包括三维平衡方程、本构方程和应变位移关系，柱坐标系下分别为：求解热应力应变问题时，集热管二维温度分布需作为温度边界条件加载给三维模型，用于解决纯三维计算耗时耗内存的缺点；5)热力循环采用零维模型，输入主蒸汽参数温度t，压力p和流量得到系统的输出电功W：