The invention discloses a multidimensional analysis method of a focusing type solar thermal power generation system. The multidimensional coupling model by different sub models for different problems, such as light and heat collecting is calculated by means of Umontkalo ray tracing method, thermal hydraulic parameters using one-dimensional discrete model, the two-dimensional finite model of tube temperature distribution, thermal stress problem using a three-dimensional finite element model, the thermodynamic calculation of the zero dimensional model. This coupling method can realize Shuangyou accuracy and efficiency, but also to get the overall performance of the local detailed information and system, the model has great flexibility. The operating system can be adjusted according to the obtained thermal hydraulic parameters, which can be used to predict the influence of various uncertain factors on the performance of the power plant. At the same time, the model can be easily applied to other solar thermal power generation systems.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能热利用
,具体涉及一种聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法。
技术介绍
随着新能源技术的不断提高,人类社会对传统能源的依赖将日趋减小,这既有助于缓解能源紧俏问题,也有助于改善环境污染问题,其中太阳能热发电技术越来越受到人们的青睐。太阳能热发电系统的稳定性,可靠性以及安全性严重制约其商业化发展。聚焦式太阳能热发电系统作为一个复杂的光-热-电转换系统,除了伴随着突出的热结构问题外,一系列不确定因素也对系统平稳性造成冲击,诸如雾霾,云层遮挡等。能够准确有效预测这些因素的影响,对系统的操作运行有积极作用。尽管各国学者在这一领域做了丰富的研究,但成果都过于单一化、分散化,割裂了局部与系统整体之间的联系,同时也缺乏有效的即时预测模型。构建一套精准而高效的光-热-电-结构耦合模型,既能及时监测热工水力参数,又能定位监测热应力-应变突出的管段,还能预测在不同干扰作用下系统性能,将会极大地坚定太阳能热电产业的投资信心,促进太阳能热电产业的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法,能高效地实现太阳能到电能的转化,同时提供详细的热工水力参数,定向监测集热器热应力应变问题,预测系统性能。为达到上述目的,本专利技术采用以下技术方案予以实现:一种聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法,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 ...
【技术保护点】
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;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;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:W=f(t,p,m·)---(1).]]>
【技术特征摘要】
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;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;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:W=f(t,p,m·)---(1).]]>2.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法,其特征在于,所述步骤1)中,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的具体方法如下:建立聚光器的三维几何模型;设定在抛物槽镜面、真空玻璃管和金属集热管表面可能发生的基本光学事件、初始化光子初始位置及入射方向;启动程序直至计算结束后统计光子在集热管壁面的分布并转化为相应的热流密度分布;基本光学事件包括反射、吸收、透射或折射。3.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法,所述步骤2)和3)中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:ti+1=ti+Qgaincpm·---(2)]]>集热管的二维传热控制方程为:1r∂∂r(kr∂t∂r)+1r2∂∂θ(k∂t∂θ)=0---(3).]]>4.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能热发电系统的多维分析方法,所述步骤4)中,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:∂δr∂r+1r∂τθr∂&the...
【专利技术属性】
技术研发人员:李印实,李陆,孙杰,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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