DSG槽式集热器仿真研究中的影响因素及动态响应分析

1.固定参数研究

本书以一形场为例，假设工质从北至南流动，云遮时太阳直射辐射强度阶跃降低70%，选取云移动速度为3m/s，云移动方向与正南方夹角为60°，云在地面上的投影宽度为200m，对云遮情况下DSG槽式集热器出口工质温度、工质流量、工质质量含汽率以及入口工质压力进行研究，仿真结果如图6.18所示。

由图6.18可知，由于初始阶段云遮住了DSG槽式集热器的末端（即集热器的过热区），因此出口工质温度在初始阶段下降很快，并致使工质容积快速减少，从而导致短时间内出口工质流量的迅速下降。随着云影逐渐移动到DSG槽式集热器中部，云影遮住了绝大部分的DSG槽式集热器，太阳直射辐射强度的降低导致集热器沿线工质压力降低，入口工质压力快速下降。由于入口工质流量不变，出口工质流量的迅速下降导致管内工质增加，当管内工质增加的影响大于工质容积减少的影响时，出口工质流量上升，从而导致出口工质温度继续快速下降。随着云影继续向DSG槽式集热器始端移动，DSG槽式集热器被云遮住的部分逐渐减少直至云影完全离开DSG槽式集热器，太阳直射辐射强度逐渐增加至初始值，工质容积膨胀，出口工质流量继续增加，导致管路沿线和出口工质温度继续下降，从而工质容积减小，当工质容积膨胀的影响大于工质容积减小的影响时，管内沿线压力增大，入口工质压力增大，因而出口工质流量继续增大，温度继续下降。又由于入口工质流量不变，出口工质流量的增大导致管内工质逐渐减少，当管内工质减少的影响占主导位置时，出口工质流量减少，出口工质温度增加，工质容积增加，管内沿线压力增加，入口工质压力增加。随着时间推移，出口工质温度、工质流量，入口工质压力都逐渐达到稳定。在仿真时间内，由于工质质量含汽率始终为1，因此出口工质始终是过热蒸汽。

图6.18　云遮时，太阳直射辐射强度阶跃降低70%DSG槽式集热器各参数动态响应

2.各参数对DSG槽式集热器的影响

DSG槽式集热器采用相同的数据，并固定云移动的方向与正南方夹角α、云移动速度v以及云在地面投影宽度ΔZ 3个影响因素中的两个，研究每一因素对DSG槽式集热器出口处工质温度、工质流量以及入口工质压力的影响。在本节的研究中，采用云遮时太阳直射辐射强度阶跃降低70%进行计算。由于计算量较大，这里只计算1000s内各参数的动态特性。

（1）云在地面上的投影宽度变化情况。取云移动速度为3m/s，云移动方向与正南方夹角为60°，云在地面上的投影宽度不同时，DSG槽式集热器出口工质温度、工质流量以及入口工质压力随时间变化如图6.19所示。由图6.19可知，云影宽度越宽，DSG槽式集热器受云遮影响就越严重。

由图6.19（a）和（b）可知，出口工质温度和出口工质流量都随云遮移动呈波动状态。云影宽度越宽，其波动幅值越大。

由图6.19（c）可知，DSG槽式集热器入口工质压力随云遮变化呈先快速下降再缓慢回升的变化趋势，并且云影宽度越大，其入口工质压力的波动越剧烈。

（2）云移动速度变化情况。取云在地面投影宽度为200m，云移动方向与正南方夹角为60°，云移动速度不同时，DSG槽式集热器出口工质温度、工质流量以及入口工质压力随时间变化如图6.20所示。由图6.20可知，云影移动得越慢，DSG槽式集热器受云遮影响就越严重。

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图6.19　云在地面上的投影宽度变化时DSG槽式集热器各参数动态响应

图6.20　云移动速度变化时DSG槽式集热器各参数动态响应

由图6.20（a）和图6.20（b）可知，出口工质温度和出口工质流量都随云遮移动呈波动状态。云影移动得越慢，其波动幅值越大。

由图6.20（c）可知，DSG槽式集热器入口工质压力随云遮变化，呈先快速下降再缓慢回升的变化趋势，并且云影移动得越慢，其入口工质压力的波动越剧烈。

（3）云移动的方向与正南方夹角变化。取云移动速度为3m/s，云在地面投影宽度为200m，云移动的方向与正南方夹角不同时，DSG槽式集热器出口工质温度、工质流量以及入口工质压力随时间变化如图6.21所示。由于云移动的方向与正南方夹角为180°～360°时云影在DSG槽式集热器上移动的路径与该角在0°～180°时云影在DSG槽式集热器上移动的路径对称，因此只研究该角在0°～180°范围时DSG槽式集热器各参数动态响应即可。

图6.21　云移动的方向与正南方夹角变化时DSG槽式集热器各参数动态响应

由图6.21（a）可知，当云移动的方向与正南方夹角为0°、45°、90°时，云影从集热器末端开始遮挡，DSG槽式集热器出口工质温度响应没有延时；而夹角为135°和180°时，云影从集热器始端开始遮挡，DSG槽式集热器出口工质温度响应有明显延时，且夹角为180°的温度响应延时更长。

由图6.21（b）可知，当云移动的方向与正南方夹角为0°、45°和90°时，DSG槽式集热器出口工质流量响应没有延时，且角度越大，出口工质流量响应波动越大；而夹角为135°和180°时，DSG槽式集热器出口工质流量响应有明显延时，且出口工质流量响应受夹角影响比90°以内的角度时更剧烈，夹角为180°的出口工质流量响应波动最明显。

由图6.21（c）可知，当云移动的方向与正南方夹角为0°和45°时，云影从集热器末端开始遮挡，DSG槽式集热器入口工质压力响应有延时，且夹角为0°的入口工质压力响应延时更长；而夹角为90°、135°和180°时，云影从集热器始端开始遮挡，DSG槽式集热器入口工质压力响应无明显延时。云移动的方向与正南方夹角越小，DSG槽式集热器入口工质压力响应波动越明显。