塔式定日镜受风载荷和跟踪误差影响的聚光效率特性研究

摘要

定日镜是一种由反射镜、支撑结构、传动系统和跟踪控制系统组成的塔式太阳能热发电聚光装置。在定日镜跟踪太阳的过程中，其聚光效率受很多因素的影响，在定日镜对太阳进行实时跟踪并聚集能量时，风载荷使结构产生变形且跟踪误差的存在使结构有跟踪位置偏差，都会在聚集太阳辐射能时产生损失。但风载荷和跟踪误差对其的影响很少有文献讨论，为提高塔式发电系统的效率，研究风载荷和跟踪误差对定日镜聚光效率的影响显得尤为重要。
　　首先应用计算流体力学的基本知识分析了风载荷在夏至日对定日镜跟踪过程的作用规律，并建立CFD模型；利用FLUENT软件对模型进行求解以获得定日镜镜面上每个小区域的风载荷值和定日镜镜面所受风载荷的分布规律。
　　其次对满足强度和刚度要求设计的定日镜结构利用ABAQUS软件进行有限元分析，获得变形镜面的应力/位移图，知受风载荷影响的定日镜结构的变形较大的地方主要集中在定日镜面接近地面的地方。
　　再者经上述分析过程后获取的是受风载荷和跟踪误差两种因素影响下定日镜的镜面变形点坐标，利用 B样条曲面插值法对变形点进行曲面重构；通过数值差分法求取变形点的法矢量，并结合入射光线矢量获得反射光线的路径方程；判断反射光线与接收器的位置关系以获得反射光线的损失量，进而获得定日镜面的聚光效率。
　　最后分析了两种影响因素对定日镜聚光效率的影响规律，结果表明：风载荷对定日镜聚光有较大影响，在方位角和俯仰角的影响下，风载荷引起的聚光损失在夏至日的13:00-16:00时段可达10％以上；跟踪误差对定日镜聚光效率也有明显影响，且俯仰角上跟踪误差引起的聚光损失高于方位角上所引起的损失。
　　通过以上分析不仅可以为定日镜结构优化设计和跟踪方案选择提供参考，而且为定日镜场聚光效率的预测和评估提供理论支撑。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外塔式太阳能的研究现状

1.3论文的研究目的及内容

2 定日镜结构及工作原理

2.1概述

2.2定日镜结构介绍

2.3定日镜工作原理

2.4定日镜设计要求

2.5本章小结

3 定日镜聚光效率影响因素及分析

3.1概述

3.2定日镜结构的风载荷分析

3.3定日镜结构的风载荷计算

3.4定日镜支架结构静力分析

3.5定日镜跟踪系统的跟踪误差分析

3.6本章小结

4 定日镜聚光效率的计算方法

4.1概述

4.2曲面重构

4.3反射光线的路径方程

4.4定日镜聚光效率的计算

4.5本章小结

5 定日镜聚光效率的计算结果及分析

5.1引言

5.2风载荷对定日镜聚光效率的影响分析

5.3跟踪误差对定日镜聚光效率的影响分析

5.4本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间所发表的论文