[发明专利]一种多孔介质太阳能吸热器结构和运行参数优化方法

摘要

本发明公开了一种应用于太阳能光热转化技术领域的多孔介质太阳能吸热器结构和运行参数优化方法。利用非热平衡模型计算多孔介质太阳能吸热器的换热特性，耦合遗传算法对吸热器的结构参数和运行参数进行优化，以获得使得吸热器性能最优的参数组合。本发明综合考虑了吸热器吸热、换热各个环节，利用智能优化算法实现参数的自动筛选，实现了多参数同时优化的功能。本发明具有高效性、准确性和通用性，能够大量节省设计的人力和时间成本，提高优化的精度，同时能够用于设计优化参数不同、优化目标函数不同，几何结构不同的多孔介质吸热器。

主权项

1.一种多孔介质太阳能吸热器结构和运行参数优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：确定待优化的多孔介质太阳能吸热器的非优化几何参数和运行参数；步骤2)：初始化待优化的多孔介质太阳能吸热器的几何参数和运行参数；步骤3)：根据初始化或遗传算法优化的几何参数和运行参数，采用Beer定律和多孔介质反射特性，计算多孔介质吸热器的透射损失和反射损失，从而确定吸收率；根据Beer定律导出太阳辐射能流密度在吸热体内部的分布：I(x)＝I(0)Cβe^‑βxI(x)是x位置处的辐射能流密度，C是根据透射和反射损失计算得到的修正系数，β是多孔介质的衰减系数；步骤4)：采用非热平衡模型耦合Rosseland扩散方程，求解多孔介质太阳能吸热器内部的流动换热：0＝▽(λ_se▽T_s)+h_v(T_f‑T_s)+S_r式中：ρ、u、μ、c_p、T_f、λ_fe分别是换热流体的密度、速度、动力粘性系数、比定压热容、温度和有效热导率；ε、K、C_F、λ_se、T_s、n、k_r是多孔介质骨架的孔隙率、渗透率、惯性系数、有效热导率、温度、折射率和等效辐射热导率，h_v多孔介质和换热流体之间的体对流换热系数；步骤5)：计算收敛，得到多孔介质太阳能吸热器的流动换特性，计算吸热器热效率评价参数：为质量流量、q_in为太阳辐射强度、S_in为吸热器前端面积，并将评价参数传递给遗传算法；步骤6)遗传算法根据步骤5)中的评价参数进行交叉、变异、迁移遗传运算，更新待优化变量，重复步骤3)、步骤4)、步骤5)，逐步获得使得热效率更高的多孔介质结构参数和吸热器运行参数，最终遗传算法达到收敛，获得最优参数值。