槽式拋物面太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)的仿真模型研究.pdf

1、槽式拋物面太陽(yáng)能集熱器(Parabolic Trough Collector，簡(jiǎn)稱PTC)成本占電站初期總投資的40％以上，加強(qiáng)其技術(shù)研發(fā)、工藝改進(jìn)是提高熱發(fā)電效率、降低成本的關(guān)鍵。PTC的聚光傳熱過(guò)程非常復(fù)雜，包含光能聚集、轉(zhuǎn)換以及耦合傳熱等過(guò)程，如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)傳熱工質(zhì)出口溫度和系統(tǒng)集熱效率是難點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)曾借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)對(duì)PTC如何提高集熱溫度和效率進(jìn)行了一定的研究。由于在PTC熱性能研究中數(shù)據(jù)通常具有隨機(jī)、非線性和不確定性等特點(diǎn)，采用

2、傳統(tǒng)方法建模時(shí)往往引入一些假設(shè)，導(dǎo)致模擬結(jié)果精度較低。BP(Back Propagation)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力、泛化能力和容錯(cuò)能力，借助BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)一步對(duì)PTC的聚光傳熱特性進(jìn)行理論探索研究是十分有意義的。
　　本課題基于MATLAB軟件平臺(tái)，采用傳統(tǒng)理論建模、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)校正模型、實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，建立了太陽(yáng)輻射強(qiáng)度仿真模型、PTC熱性能數(shù)學(xué)模型及PTC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)校正模型。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下

3、:
　　(1)建立了晴天太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的計(jì)算模型及其可視化計(jì)算界面，實(shí)現(xiàn)了在界面上輸入和改變緯度、日期、時(shí)間等參數(shù)時(shí)，可以快速準(zhǔn)確地得到任意地區(qū)、任意時(shí)間的太陽(yáng)輻射能。將模型得到的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行比較，結(jié)果表明兩者非常接近，說(shuō)明建立的太陽(yáng)輻照度模型可以滿足實(shí)際的工程需要。
　　(2)建立了PTC的熱損失以及工質(zhì)出口溫度數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)與美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)對(duì)PTR70集熱管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分

4、析，驗(yàn)證了模型的可靠性。并設(shè)計(jì)了PTC的熱性能計(jì)算界面，實(shí)現(xiàn)了輸入PTC外形參數(shù)和氣象信息時(shí)，可以較快、較準(zhǔn)確地輸出其熱性能參數(shù)。同時(shí)分析了吸收管溫度、環(huán)境因素、傳熱介質(zhì)種類、選擇性吸收涂層發(fā)射率及環(huán)形區(qū)域殘留氣體對(duì)PTC熱性能的影響。
　　(3)設(shè)計(jì)并搭建了PTC熱性能動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)影響工質(zhì)進(jìn)出口溫差及瞬時(shí)集熱效率的因素進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度由745W/m2增加到998W/m2時(shí)，環(huán)境溫度變化范圍為26.

5、4～34.6℃，風(fēng)速在1.5～4.3m/s范圍變化時(shí)，水進(jìn)出口溫差從43.7℃升高至69.8℃，PTC瞬時(shí)集熱效率從70.1％增加至73.0％。說(shuō)明了該P(yáng)TC具有較好的熱性能，為后續(xù)完善研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　(4)引入BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)理論模型相互耦合，建立了工質(zhì)出口溫度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)校正模型。并運(yùn)用Levenberg-Marquardt法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值及閾值進(jìn)行優(yōu)化。分析結(jié)果表明預(yù)測(cè)校正模型可將絕對(duì)誤差控制在3.8℃