大型碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)機(jī)架風(fēng)載荷特性及風(fēng)振響應(yīng)研究

【摘要】：碟式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)是涉及太陽(yáng)輻射的光場(chǎng)、碟式機(jī)架的機(jī)械場(chǎng)以及吸熱器腔體的熱場(chǎng),是光-機(jī)-熱多場(chǎng)多過(guò)程的耦合系統(tǒng)。其中,碟式機(jī)架是實(shí)現(xiàn)聚光器反射鏡面幾何“保型”和吸熱器位置保持的載體,風(fēng)載作用可能引起機(jī)架位移響應(yīng)過(guò)大,而導(dǎo)致系統(tǒng)聚光性能下降、鏡面破裂或更為嚴(yán)重的停機(jī)情況。因此,開展碟式機(jī)架風(fēng)載荷特性及風(fēng)振響應(yīng)研究是尤為重要的。本文以研制的25KW級(jí)碟式機(jī)架為對(duì)象,研究單體機(jī)架和雙機(jī)架群體干擾的風(fēng)載荷及繞流特性;將線性濾波法與有限元技術(shù)相結(jié)合,開展了典型工況的碟式機(jī)架風(fēng)振時(shí)域響應(yīng)研究。具體研究?jī)?nèi)容包括:首先,基于Fluent6.3軟件平臺(tái),選用Reynolds時(shí)均的Realizable k-ε湍流模型,開展了復(fù)雜碟式機(jī)架三維定常風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬。應(yīng)用帶圓柱內(nèi)域分區(qū)的多風(fēng)向角建模方法,建立了滿足流場(chǎng)充分發(fā)展和網(wǎng)格獨(dú)立解的計(jì)算域模型,模擬得到了45組工況的總風(fēng)載荷、鏡面風(fēng)壓分布及繞流特性等結(jié)果。分析了風(fēng)載荷隨工況的變化規(guī)律,并將載荷曲線同拋物雷達(dá)天線風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定性對(duì)比分析,驗(yàn)證了結(jié)果的合理性。采用因次方法探討了反射鏡面風(fēng)載荷占機(jī)架總風(fēng)載荷的比值,給出了反射鏡面分區(qū)的體型系數(shù)分布及載荷極值,分析了流場(chǎng)繞流特性揭示了風(fēng)載荷產(chǎn)生的機(jī)制。其次,根據(jù)單體機(jī)架的風(fēng)載研究成果,選取了單體機(jī)架中三種最不利風(fēng)載工況,基于Fluent6.3平臺(tái)開展了兩機(jī)架基本布置形式(串列、并列和斜列)和布置間距對(duì)機(jī)架風(fēng)載荷的干擾效應(yīng)研究,獲得了各布置工況的下游受擾機(jī)架靜風(fēng)載荷干擾因子,分析了干擾因子隨布置形式和間距的變化規(guī)律,通過(guò)流場(chǎng)流線分布探討了機(jī)架風(fēng)載荷干擾的產(chǎn)生機(jī)制。研究表明,串列布置的下游受擾機(jī)架靜風(fēng)載荷干擾因子均小于1.0表現(xiàn)為“遮擋效應(yīng)”,而上游施擾機(jī)架的風(fēng)載荷趨于單體情況。斜列布置的干擾效應(yīng)也均表現(xiàn)為“遮擋效應(yīng)”,但較串列干擾弱。并列布置的兩機(jī)架中間有形成“狹縫效應(yīng)”,但效果不明顯。而后,闡述了復(fù)雜碟式機(jī)架有限元模型的簡(jiǎn)化及構(gòu)建方法,基于Ansys 12.0平臺(tái)建立了適于瞬態(tài)動(dòng)力分析的機(jī)架有限元模型。通過(guò)整機(jī)結(jié)構(gòu)靜風(fēng)承載和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的分析,指出了高度角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足并予以改進(jìn),對(duì)比分析了機(jī)構(gòu)改進(jìn)前后機(jī)架多高度角工位的自振特性,為機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)分析提供了依據(jù)。最后,基于線性濾波法,編制Mtalab程序計(jì)算了機(jī)架25組典型工況的脈動(dòng)風(fēng)載荷(平均風(fēng)速16.0m/s),求解了高度角機(jī)構(gòu)改進(jìn)的機(jī)架結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)域響應(yīng)。分析了機(jī)架位移控制節(jié)點(diǎn)的位移響應(yīng)均方根和峰值的分布特性,并對(duì)控制節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程進(jìn)行了頻譜分析,探討了機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)中振型參與和貢獻(xiàn)的問(wèn)題,給出了各工況機(jī)架控制節(jié)點(diǎn)的位移風(fēng)振系數(shù)。研究表明,機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)是以脈動(dòng)風(fēng)載的強(qiáng)迫振動(dòng)為主,并伴有多階振型參與的共振響應(yīng),機(jī)架振動(dòng)主要為機(jī)架視日部分繞高度角軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)架控制節(jié)點(diǎn)的位移峰值和位移均方根的分布特性相似,均以沿聚光器焦軸方向的響應(yīng)分量占主導(dǎo)地位。通過(guò)本文較系統(tǒng)的研究,確定了碟式機(jī)架的風(fēng)載荷分布及作用機(jī)制,明確了機(jī)架結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要點(diǎn),為后續(xù)機(jī)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化及振動(dòng)控制研究提供基礎(chǔ),也為碟式電站的機(jī)架群體抗風(fēng)布置提供了依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：碟式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng) 風(fēng)載荷 靜力干擾效應(yīng) 繞流特性 風(fēng)振響應(yīng) 時(shí)域分析
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景與目的13-15
• 1.1.1 課題背景及意義13-15
• 1.1.2 研究目的15
• 1.2 相關(guān)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 碟式發(fā)電系統(tǒng)-機(jī)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展15-17
• 1.2.2 碟式發(fā)電系統(tǒng)機(jī)架的風(fēng)載荷研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.3 碟式電站機(jī)架群體風(fēng)場(chǎng)干擾研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.4 碟式發(fā)電系統(tǒng)機(jī)架結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.2.5 研究存在的不足21-22
• 1.4 課題來(lái)源及本文主要工作22-25
• 1.4.1 課題來(lái)源22
• 1.4.2 研究路線及方法22-23
• 1.4.3 研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)23-25
• 第二章 碟式機(jī)架結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)載荷及繞流特性研究25-47
• 2.1 引言25-26
• 2.2 碟式機(jī)架三維定常風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬26-31
• 2.2.1 數(shù)值風(fēng)洞基本理論26-27
• 2.2.2 物理模型及工況定義27-28
• 2.2.3 計(jì)算流域模型及網(wǎng)格劃分28-30
• 2.2.4 邊界條件及離散求解30-31
• 2.3 機(jī)架氣動(dòng)載荷特性研究31-37
• 2.3.1 氣動(dòng)六分力系數(shù)計(jì)算31-32
• 2.3.2 氣動(dòng)六分力隨工況的變化特征32-36
• 2.3.3 機(jī)架承載的因次分析36-37
• 2.4 風(fēng)壓分布及風(fēng)場(chǎng)繞流特性分析37-45
• 2.4.1 鏡面分區(qū)定義及體型系數(shù)計(jì)算37-38
• 2.4.2 分區(qū)體型系數(shù)分布特性分析38-41
• 2.4.5 典型工況的流場(chǎng)繞流特性分析41-45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 第三章 碟式太陽(yáng)能電站雙機(jī)架風(fēng)致靜力干擾效應(yīng)研究47-59
• 3.1 引言47
• 3.2 雙機(jī)架風(fēng)場(chǎng)干擾數(shù)值模擬47-51
• 3.2.1 物理模型簡(jiǎn)化及施擾模式定義47-48
• 3.2.2 計(jì)算流域模型及網(wǎng)格劃分48-49
• 3.2.3 邊界條件及離散求解49-50
• 3.2.4 數(shù)據(jù)后處理與模型簡(jiǎn)化檢驗(yàn)50-51
• 3.3 靜力干擾效應(yīng)及流場(chǎng)特性分析51-58
• 3.3.1 串列布置的干擾分析51-55
• 3.3.2 并列布置的干擾分析55-56
• 3.3.3 斜列布置的干擾分析56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 碟式機(jī)架結(jié)構(gòu)有限元建模及自振特性分析59-73
• 4.1 引言59
• 4.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)總體構(gòu)成及有限元建模59-63
• 4.2.1 關(guān)鍵部件的建模簡(jiǎn)化59-61
• 4.2.2 機(jī)架有限元模型及位移控制節(jié)點(diǎn)61-63
• 4.3 高度角機(jī)構(gòu)承載及改進(jìn)分析63-66
• 4.5 機(jī)架結(jié)構(gòu)多工位的自振特性分析66-71
• 4.5.1 自振頻率分析66-67
• 4.5.2 機(jī)架振型及“互換”特性67-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 第五章 碟式太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)機(jī)架結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)73-91
• 5.1 引言73
• 5.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)多工況脈動(dòng)風(fēng)速模擬73-79
• 5.2.1 脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)功率譜74-76
• 5.2.2 線性濾波(AR)模擬理論76-77
• 5.2.3 脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程及檢驗(yàn)77-79
• 5.3 機(jī)架結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析79-82
• 5.3.1 時(shí)域響應(yīng)求解80-81
• 5.3.2 響應(yīng)結(jié)果處理81-82
• 5.4 機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)結(jié)果分析82-89
• 5.4.1 控制節(jié)點(diǎn)位移響應(yīng)峰值分析82-86
• 5.4.2 位移時(shí)程譜分析86-88
• 5.4.3 位移風(fēng)振系數(shù)分析88-89
• 5.5 本章小結(jié)89-91
• 第六章 研究總結(jié)及展望91-95
• 6.1 研究結(jié)論91-93
• 6.2 未來(lái)工作展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-101
• 致謝101-105
• 附錄A：攻讀學(xué)位期間參研項(xiàng)目和發(fā)表論文目錄105-107
• 附錄B：個(gè)人簡(jiǎn)介107

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冷卻塔風(fēng)振響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算    劉若斐;

復(fù)雜高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)研究    禹慧;馬人樂;何敏娟;

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首都機(jī)場(chǎng)新塔臺(tái)風(fēng)振響應(yīng)的研究與探討    石啟印,張磊,李愛群

高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的等效靜力法研究    程曉;王世村;

淺談如何運(yùn)用等效靜力法分析高聳結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)    周耿;

高階振型對(duì)大跨度平屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的影響    蘇剛;吳瑾;葉財(cái)景;

張力膜結(jié)構(gòu)非線性風(fēng)振響應(yīng)淺析    黃國(guó)輝;姜海鵬;

高層建筑氣彈模型耦合風(fēng)振響應(yīng)風(fēng)洞試驗(yàn)研究    鄒良浩;梁樞果;顧明;

大跨平屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算與參數(shù)分析    葉財(cái)景;吳瑾;

高壓輸電塔結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)與振動(dòng)控制研究    陳政清;牛華偉;華旭剛;

大跨平屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算與參數(shù)分析    葉財(cái)景;吳瑾;

不同脈動(dòng)風(fēng)相干函數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的影響    張建勝;武岳;沈世釗;

高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算方法初步研究    毛貴牛;韓小雷;陳學(xué)偉;

大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的頻域分析法    李先婷;劉慶寬;馬文勇;

可調(diào)液體—質(zhì)量阻尼器對(duì)高層建筑側(cè)移—扭轉(zhuǎn)風(fēng)振響應(yīng)的控制    梁樞果;

結(jié)構(gòu)阻尼比對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性模型風(fēng)振響應(yīng)的影響研究    黃翔;顧明;

特高壓輸電塔風(fēng)振響應(yīng)及等效風(fēng)荷載研究    肖正直

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)和等效靜力風(fēng)荷載關(guān)鍵性問(wèn)題研究    李玉學(xué)

大跨屋面風(fēng)荷載及其風(fēng)振響應(yīng)研究    吳太成

索桿膜空間結(jié)構(gòu)協(xié)同分析理論及風(fēng)振響應(yīng)研究    胡寧

大跨越輸電塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)及振動(dòng)控制研究    郭勇

大跨度平屋面結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)和風(fēng)振系數(shù)研究    陸鋒

大跨度機(jī)庫(kù)屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載及風(fēng)振響應(yīng)研究    裴永忠

巨型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)    馬曉爽

大跨度平屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算與參數(shù)分析    葉財(cái)景

考慮流固耦合風(fēng)振響應(yīng)的膜結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)研究    樓昕

用簡(jiǎn)化的瞬態(tài)測(cè)壓方法研究高層建筑的風(fēng)振響應(yīng)及等效荷載    徐安

粘滯和粘彈性阻尼耗能結(jié)構(gòu)的隨機(jī)風(fēng)振響應(yīng)與等效靜態(tài)風(fēng)荷載取值    駱鴻林

屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)與氣動(dòng)阻尼    楊毅

大跨度空間結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載研究    李先婷

基于ANSYS二次開發(fā)的風(fēng)振響應(yīng)軟件包    梁克鵬

輸電塔風(fēng)振響應(yīng)的主動(dòng)控制研究    吳金燕

高聳電視塔的風(fēng)振響應(yīng)及控制分析    羅書泉