槽式拋物面太陽能集熱器系統(tǒng)的仿真模型研究

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1、隸劫大·粵碩士學(xué)位論文萬方數(shù)據(jù)槽式拋物面太陽能集熱器系統(tǒng)的仿真模型研究萬方數(shù)據(jù)RESEARCHONPERFORMANCESIMULATIoNOFPARABOLICTROUGHSOLARCOLLECTORAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYDAIWrei—weiSupervisedbyAcademicianZHANGYao—mingDepartmentofEnergy&EnvironmentSoutheastUniversityMay2014萬方數(shù)據(jù)東南大學(xué)學(xué)位

2、論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：日期：蘭竺鯊：芝：鯊東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允

3、許論文被查閱和借閱，可以公布(包括以電子信息形式刊登)論文的全部內(nèi)容或中、英文摘要等部分內(nèi)容。論文的公布(包括以電子信息形式刊登)授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名：日期：建型竺z』!幽r萬方數(shù)據(jù)摘要槽式拋物面太陽能集熱器(ParabolicTroughCollector，簡稱PTC)成本占電站初期總投資的40％以上，加強其技術(shù)研發(fā)、工藝改進是提高熱發(fā)電效率、降低成本的關(guān)鍵。PTC的聚光傳熱過程非常復(fù)雜，包含光能聚集、轉(zhuǎn)換以及耦合傳熱等過程，如何準確預(yù)測傳熱工質(zhì)出口溫度和系統(tǒng)集熱效率是難點問題。我國曾借鑒國外經(jīng)驗對PTC如何提高集熱溫度和效率進行了一定的研究。由于在PTC熱性能研

4、究中數(shù)據(jù)通常具有隨機、非線性和不確定性等特點，采用傳統(tǒng)方法建模時往往引入一些假設(shè)，導(dǎo)致模擬結(jié)果精度較低。BP(BackPropagation)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力、泛化能力和容錯能力，借助BP網(wǎng)絡(luò)模型進一步對PTC的聚光傳熱特性進行理論探索研究是十分有意義的。本課題基于MATLAB軟件平臺，采用傳統(tǒng)理論建模、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測校正模型、實驗研究相結(jié)合的方法，建立了太陽輻射強度仿真模型、PTC熱性能數(shù)學(xué)模型及PTC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測校正模型。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)建立了晴天太陽輻射強度的計算模型及其可視化計算界面，實現(xiàn)了在界面上輸入和改變緯度、日期、時間等參數(shù)時，可

5、以快速準確地得到任意地區(qū)、任意時間的太陽輻射能。將模型得到的太陽輻照強度曲線與實測數(shù)據(jù)曲線進行比較，結(jié)果表明兩者非常接近，說明建立的太陽輻照度模型可以滿足實際的工程需要。(2)建立了PTC的熱損失以及工質(zhì)出口溫度數(shù)學(xué)模型，并通過與美國國家可再生能源實驗室(NREL)對PTR70集熱管的實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，驗證了模型的可靠性。并設(shè)計了PTC的熱性能計算界面，實現(xiàn)了輸入PTC外形參數(shù)和氣象信息時，可以較快、較準確地輸出其熱性能參數(shù)。同時分析了吸收管溫度、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PTC熱性能的影響。(3)設(shè)計并搭建了PTC熱性能動態(tài)測試實驗臺，對

6、影響工質(zhì)進出口溫差及瞬時集熱效率的因素進行了探討。實驗結(jié)果表明：隨著太陽輻射強度由745W／m2增加到998W／m2時，環(huán)境溫度變化范圍為26．4～34．6℃，風(fēng)速在1．5～4．3m／s范圍變化時，水進出口溫差從43．7℃升高至69．8℃，PTC瞬時集熱效率從70．1％增加至73．0％。說明了該PTC具有較好的熱性能，為后續(xù)完善研究提供實驗依據(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)測校正模型。并運用Levenberg-Marquardt法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值及閡值進行優(yōu)化。分析結(jié)果表明預(yù)測校正模型可將絕對誤差控制在3．8℃以內(nèi)，相對誤差保

7、持在3．6％以內(nèi)，有效提高了PTC熱性能仿真模型的計算精度。關(guān)鍵詞：槽式拋物面太陽能集熱器；直通式真空集熱管；瞬時集熱效率；室外熱性能動態(tài)測試：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測校正模型萬方數(shù)據(jù)AbstractParabolictroughsolarcollector(PTC)costsaccountformorethan40％oftheinitialpowerplanttotalinvestment，thereforestrengtheningitsresearch，developm