太阳直射辐射强度的扰动分析

1.太阳直射辐射强度阶跃降低70%

太阳直射辐射强度在整个DSG槽式集热器范围内阶跃降低70%，DSG槽式集热器出口工质温度响应如图6.5（a）所示，出口工质质量含汽率响应如图6.5（b）所示，出口工质流量响应如图6.5（c）所示，入口工质压力响应如图6.5（d）所示，DSG槽式集热器内热水区和两相区的长度随时间变化如图6.5（e）所示。

由图6.5（a）可知，在约825s之前，DSG槽式集热器出口工质温度一直保持在310.37℃不变，其状态为不饱和蒸汽；在约825s之后，DSG槽式集热器出口工质温度持续下降，其状态为热水。出口工质温度在约1300s之后下降得逐渐平缓，并趋于稳定。

由图6.5（b）可知，在0～825s，DSG槽式集热器出口工质的质量含汽率一直呈下降趋势，并在约150s之前下降得较为迅速，而150～825s之间变化得较为缓慢；在约825s之后，出口工质质量含汽率变为0。

由图6.5（c）可知，DSG槽式集热器出口工质流量在初始阶段小幅下降，而后持续增大，并在270s左右达到最大值1.566kg/s，在270s之后，出口工质流量逐渐下降，并逐步稳定。这是因为太阳辐射强度的突然降低，导致集热器内工质容积减少，集热器内压力下降，从集热器内到集热器出口的压降减小，从而导致短时间内出口工质流量下降。压力的持续下降，导致集热器内工质膨胀，出口工质流量上升，随时间推移，逐渐达到稳定状态。

由图6.5（d）可知，DSG槽式集热器入口工质压力随时间逐渐下降，并最终达到新的稳态值。

由图6.5（e）可知，DSG槽式集热器内热水区长度随时间逐渐增加，在825s左右热水布满整个DSG槽式集热器；DSG槽式集热器内两相区随时间的变化与热水区相反，在825s左右DSG槽式集热器内两相区变为0。

2.太阳直射辐射强度阶跃降低5%

图6.5　太阳直射辐射强度阶跃降低70%时集热器主要参数动态响应

直射辐射强度在整个DSG槽式集热器范围内阶跃降低5%，DSG槽式集热器出口工质温度响应如图6.6（a）所示，出口工质质量含汽率响应如图6.6（b）所示，出口工质流量响应如图6.6（c）所示，入口工质压力响应如图6.6（d）所示。DSG槽式集热器内热水区和两相区的长度随时间变化如图6.6（e）所示。

由图6.6（a）可知，在计算时间内，DSG槽式集热器出口工质温度一直保持在310.37℃不变，其状态为不饱和蒸汽。

由图6.6（b）可知，在0～228s，DSG槽式集热器出口工质的质量含汽率下降得较快；在约228～277s，出口工质质量含汽率变化很少；在约277s，出口工质质量含汽率再次出现明显下降，但下降速度较228s之前缓慢很多；在约550s降至最低值，而后上升，逐渐达到新的稳定值。

图6.6　太阳直射辐射强度阶跃降低5%时集热器主要参数动态响应(www.xing528.com)

由图6.6（c）可知，DSG槽式集热器出口工质流量在初始阶段小幅下降，而后持续增大，并在约228～277s，出口工质流量变化很少；在约550s，出口工质流量再次上升至最大值1.001kg/s，在约550s之后，出口工质流量逐渐下降，并逐步达到稳定。DSG槽式集热器出口工质流量响应曲线与出口工质质量含气率响应曲线反向相似。

太阳直射辐射强度下降5%后，DSG槽式集热器出口工质质量含汽率下降，集热器内工质容积微弱变小，集热器入口工质压力微弱下降，集热器管路沿线压力下降，沿程压降下降，从而导致短时间内出口工质流量微弱下降。管路沿线压力下降导致集热器内工质膨胀，出口工质流量上升，出口工质质量含汽率下降。在一段时间后，工质膨胀导致出口工质流量上升的影响与管路沿线压降下降导致出口工质流量下降的影响相当时，出口工质流量与出口工质质量含汽率在短时间内保持不变。但由于太阳直射辐射强度的减小，导致沿程压力的继续下降，工质膨胀导致出口工质流量上升的影响占主导地位，导致出口工质流量的再次上升和出口工质质量含汽率的再次下降。随着时间推移，集热器出口工质流量、集热器出口工质质量含汽率等都逐渐达到新的稳定状态。

由图6.6（d）可知，DSG槽式集热器入口工质压力随时间逐渐下降，并最终达到新的稳态值。

由图6.6（e）可知，DSG槽式集热器内热水区长度随时间逐渐增加，两相区长度随时间逐渐减小，两个相态的长度变化趋势相反。

3.局部管长范围太阳直射辐射强度阶跃降低70%

分析局部管长范围直射辐射强度扰动时，考虑两种情况：情况一为假设DSG槽式集热器第10～70m管段（即初始条件下处于热水区的一段管段）受到遮挡，该管段太阳直射辐射强度阶跃降低70%（假设此为条件c）；情况二为假设DSG槽式集热器200～260m管段（即初始条件下处于两相区的一段管段）受到遮挡，该管段太阳直射辐射强度阶跃降低70%（假设此为条件d）。

此两条件下DSG槽式集热器出口工质温度、质量含汽率、工质流量以及入口工质压力的响应与全部管长范围直射辐射强度阶跃降低70%（假设此为条件e）时的对应值进行比较，如图6.7所示。

图6.7　局部管长范围内直射辐射强度阶跃降低70%时集热器主要参数动态响应

由图6.7（a）可知，与条件e相比，在条件c和条件d情况下的计算时间内，DSG槽式集热器出口工质温度一直保持在310.37℃不变，其状态为不饱和蒸汽。

由图6.7（b）可知，在条件c情况时，DSG槽式集热器出口工质质量含汽率约延迟100s响应，而后在100～202s，出口工质质量含汽率微弱上升；在约202～750s，出口工质质量含汽率出现明显下降，并在750s左右降至最小值0.5652；而后再次上升并逐渐达到新的稳定值。条件d情况时，DSG槽式集热器出口工质质量含汽率响应仅延迟3s左右，而后在约24s之前，出口工质质量含汽率微弱上升；在约24～200s，出口工质质量含汽率出现明显下降，并在200s左右降至最小值0.5856；而后再次上升并逐渐达到新的稳定值。而条件e情况时，出口工质质量含汽率响应并无延时，而且是持续下降至0。

由图6.7（c）可知，在条件c情况时，DSG槽式集热器出口工质流量延迟120s左右响应，并在开始阶段小幅下降，而后逐渐增大，并在约750s达到最大值1.129kg/s，而后逐渐下降，并逐步稳定。在条件d情况时，DSG槽式集热器出口工质流量几乎是立刻响应，并在35s左右达到最小值0.8901kg/s，而后逐渐增大，并在约207s达到最大值1.0966kg/s，而后逐渐下降，并逐步稳定。条件c、条件d情况与条件e相比，出口工质流量响应波动趋势相同，但幅值都比条件e时小得多，而且条件c时响应有较长延时。

由图6.7（d）可知，条件c、条件d时的入口工质压力动态响应线型与条件e时的入口工质压力动态响应线型基本一致，但幅值均比条件e时小得多。条件c时的入口工质压力大约延迟1.5s响应，条件d时入口工质压力大约延迟21s响应。

由图6.7各图可知，直射辐射强度扰动时，扰动发生位置对DSG槽式集热器出口工质温度、质量含汽率、工质流量以及入口工质压力响应的影响明显。