[发明专利]一种多孔介质太阳能吸热器的设计方法

摘要

本发明公开了一种应用于太阳能利用技术领域的多孔介质太阳能吸热器及其设计方法；多孔介质太阳能吸热器具有渐变的多孔介质骨架结构，沿太阳辐射入射方向，多孔介质前端孔隙率或孔径大于后端孔隙率或孔径，孔隙率或孔径从前到后逐渐减小，不存在突变，且减小的速率在前端较慢，后端较快。其具有辐射热损失小，能量利用率高，吸热器内部能流密度分布均匀等优势，保证了吸热器长期安全、稳定、高效的运行；本发明同时提出了一种耦合模型构建、性能评估、智能优化的新型多孔介质吸热器的设计方法，具有高效性和通用性，可用于设计结构要求不同、优化目标不同的新型多孔介质吸热器。

主权项

1.一种多孔介质太阳能吸热器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)给定多孔介质太阳能吸热器非优化的几何参数和物性参数，包括吸热器的整体尺寸即吸热器的长、宽、高、多孔介质的平均孔径或多孔介质的孔隙率、多孔介质的材料种类；2)初始化多孔介质太阳能吸热器的孔隙率分布或孔径分布，按多孔介质骨架的孔隙率分布或孔径分布满足沿太阳辐射入射方向逐渐减小的原则给定孔隙率分布或孔径分布；3)采用给定的孔隙率分布或孔径分布，结合步骤1)中指定的多孔介质骨架结构参数，利用Mesut Klrca提出的多孔介质随机重构法，重构出多孔介质的三维计算模型；4)采用蒙特卡罗光线追踪法，计算步骤3)中重构的多孔介质的光学特性即多孔介质的反射率、吸收率和透射率以及辐射特性即多孔介质的衰减系数，同时计算多孔介质太阳能吸热器内部的太阳辐射能流密度分布；5)选取吸热器内部各处太阳辐射能流密度的标准差作为优化目标函数，并将具体标准差结果作为评价指标传递给遗传算法；6)利用遗传算法，根据步骤5)中的评价结果，进行交叉、变异的遗传运算，更新多孔介质的孔隙率分布或孔径分布，重复步骤3)，4)，5)，使得太阳辐射能流密度的标准差逐渐减小，直到优化算法收敛，得到满足优化目标的多孔介质骨架结构。