一种槽式聚光太阳能集热系统设计方法

摘要

一种槽式聚光太阳能集热系统设计方法，首先，根据当地气象参数、集热系统安装场地几何尺寸和系统使用工况，确定集热系统基本几何结构并建立单个集热回路的参数化几何模型；随后，采用蒙特卡罗光线追迹方法建立回路三维光学计算模型并进行光学计算，获得全年各时刻回路逐时综合光学性能；然后，采用回路集热管一维光热转换计算模型，计算单个集热回路的全年逐时综合产热性能和全年总产热量；随后，根据系统年总产热量的设计要求，初步设计集热系统总回路数目；最后，通过评估初步设计集热系统的全年产热量并进行回路数目优化计算，最终完成集热系统的设计；本方法可迅速有效地进行槽式聚光太阳能集热系统结构与综合光热性能设计。

主权项

一种槽式聚光太阳能集热系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定待设计的槽式聚光太阳能集热系统的全年产热量设计要求Q_s,required、具体地理位置参数和气象参数信息；其中，待设计的槽式聚光太阳能集热系统由多个整体上按南北走向并在东西方向上有偏角的U形布置的集热回路组成，每个回路由若干槽式集热器串联构成，每个集热器主要由槽式反射镜和集热管以及跟踪控制机构组成；2)确定待设计的槽式聚光太阳能集热系统的基本几何结构参数，建立集热回路的三维几何模型；3)确定槽式聚光太阳能集热器各部件光学参数与热物性参数、传热工质的热物性参数；4)确定槽式聚光太阳能集热回路的进口流量初始设置值m_in和进出口温度设定值；5)对槽式聚光太阳能集热回路进行计算单元划分，即以槽式集热回路中由连续的n个紧密相连的槽式集热器组成的结构为计算单元，n≥1，划分后的每个计算单元被视为一个独立的太阳能汇聚与光热转换设备；6)对计算单元内太阳能汇聚过程进行计算：针对计算单元三维几何模型建立其光学模型，采用蒙特卡罗光线追迹方法进行光学计算，获得该计算单元在全年中的逐时光学效率、吸热管外表面和玻璃管内实时吸收的热功率；7)对计算单元内的光热转换过程进行计算：针对计算单元集热管参数化几何模型建立其一维光热转换计算模型，采用对流传热、导热传热、辐射传热计算方法进行计算，获得该计算单元在全年中的逐时光热转换效率、工质吸热量以及出口温度；8)重复步骤6)和步骤7)，对槽式聚光太阳能集热回路中串联的所有计算单元的太阳能汇聚与光热转换过程进行逐级求解，直至计算得到回路最后一个计算单元的吸热管的出口参数，将计算得到的回路出口工质温度与回路出口设定温度对比，若二者相差在0.1％以内，则此时的回路质量流量m_in满足设计要求；反之则调整m_in的值并再次进行计算，直至回路出口温度满足要求为止；9)逐时计算全年中每个时刻的单个回路产热功率并将产热功率与该计算时刻所代表的时间间隔相乘得到该时间间隔内的单个回路产热量，接着通过将各时间间隔内的单个回路产热量相加得到单 个回路的全年产热量Q_l,design；10)根据步骤1)中的集热场全年产热量设计要求Q_s,required和步骤9)中的单个回路全年产热量计算结果估算待设计集热场所需集热回路数量N_l,design＝Q_s,required/Q_l,design；接着，根据步骤2)中的设置确定集热场各分区的集热回路数量；11)针对集热场所有分区中的每一个回路采用步骤5)至步骤9)计算各回路全年产热量，并通过将各回路全年产热量相加得到集热系统全年产热量Q_s,design；12)通过式(1)判断计算结果是否满足设计要求，若得到的集热系统的全年产热量Q_s,design满足设计要求则结束；若不满足要求，则调整回路数目后返回步骤11)继续计算，直至满足设计要求为止；