SKAL-ET集热器系统的力学计算分析

摘要

随着能源危机的不断加剧,能源问题引起人们越来越多的重视,寻找新能源已经成为全世界共同关注的问题,尤其是对太阳能的开发和利用。太阳能集热器支撑结构是太阳能热发电站的关键部件,对集热器支架进行计算分析是十分必要的。因此,本文对SKAL-ET集热器系统进行了力学计算分析。
　　首先,选取支架镜面所处的不同位置,建立单个支架的有限元模型,对其进行静力分析,分析其Mises应力、水平位移随集热器抛物镜面在不同位置的变化规律。结果表明:当支架的镜面处在最大迎风面时Mises应力达到最大值126MPa,当支架的镜面法线与水平线成15°时,水平位移达到最大值23.03mm,其值均小于许用应力215MPa和许用位移60mm,符合安全要求。
　　其次,选取支架镜面为最大迎风面的位置,对支架的截面尺寸进行优化,减轻其自重;支架优化后,重量由原来的3184.4kg减轻到2822.8kg,减轻了11.4％, Mises应力相比较原结构有所增大,最大增大了7.1％,水平位移相应增大,最大增大了25％,但均符合安全要求。
　　再次,建立SKAL-ET集热器系统的整体支架模型,对其进行静力分析,包括强度、刚度、稳定性分析。结果表明:支架在最大迎风面位置时,优化前最大Mises应力为130MPa,最大水平位移为23.87mm,临界荷载为0.62924kN/m2,优化后最大Mises应力为138MPa,最大水平位移为24.21mm,临界荷载为0.49796kN/m2,均符合安全要求。
　　最后,对集热器整体支架进行动力学计算,包括模态分析及瞬态动力学分析。结果表明:优化前后结构的固有频率有效的避开了模拟脉动风的频率,支架结构不发生共振。在脉动风荷载的作用下,优化前集热器整体支架的最大Mises应力和最大水平位移分别为163MPa、36.46mm,优化后集热器整体支架的最大Mises应力和最大水平位移分别为169MPa、39.96mm,均符合安全要求。

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1绪论

1.1抛物槽式太阳能热发电系统简介

1.2抛物槽式太阳能集热系统研究现状

1.3研究背景

1.4课题研究的目的和意义

1.5课题研究的内容

2单个集热器支架的静力分析

2.1 有限元理论及ANSYS分析软件

2.2 太阳能集热器支架结构组成及基本参数

2.3结构静力分析

2.4结果分析

2.5本章小结

3单个集热器支架的优化分析

3.1 ANSYS优化的基本方法

3.2集热器支架的优化计算

3.3本章小结

4集热器整体支架的分析

4.1 集热器整体支架的模型建立

4.2 集热器整体支架的强度和刚度的分析

4.3 集热器整体支架的稳定性分析

4.4集热器整体支架的模态分析

4.5集热器整体支架的瞬态动力学分析

4.6本章小结

结论

参考文献

附录

在学期间研究成果

致谢