碟式太陽能聚光器風載的仿真研究

【摘要】：碟式太陽能聚光器是聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中重要的設備之一，其風載荷是太陽能聚光器結構所承受的最主要載荷，它不但影響聚光器的結構強度，還會引起反射面和支架變形，嚴重影響聚光器的精度。因此，對于聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)中太陽能聚光器在各種風力載荷下的工作狀態(tài)及提高其抗風能力的研究，已成為聚光器載荷分析的重要環(huán)節(jié)之一。 碟式太陽能聚光器的結構比較特殊，迎風面一般為可旋轉的碟狀板，屬于非流線型結構，對風作用的敏感性很強。對風載荷研究的方法主要包括風洞實驗和計算風工程等方法。隨著計算機和計算流體動力學的發(fā)展，計算風工程已逐步取代風洞實驗成為一種更加有效、準確的方法。本文運用計算風工程的原理及數(shù)值仿真方法，分析了風載荷對聚光器的影響。 （1）本文針對碟式太陽能聚光器，闡述了空氣動力學特性及數(shù)值仿真的基本理論知識。對于聚光器周圍風場數(shù)值模擬所涉及到的網(wǎng)格劃分、邊界條件的選取、湍流模型的選擇、求解參數(shù)的設置等問題進行了深入研究。 （2）基于CFD仿真分析軟件，建立了單個碟式太陽能聚光器有限元風載分析模型，計算了太陽能聚光器結構的風力系數(shù)和風力矩系數(shù)以及聚光器風場分布。重點研究了不同高度角和方位角時風力系數(shù)和風力矩系數(shù)的變化情況，分析了間隙大小對風力系數(shù)和風力矩系數(shù)的影響，最后討論了聚光器模型轉軸位置不同時的受力情況。 （3）以兩個聚光器最典型的前后串聯(lián)徑向布置為例，計算得到聚光器之間不相互遮陽的最小間距，并在此工況下進行仿真計算，獲得了在受到干擾的情況下聚光器周圍風場的分布和風載系數(shù)的變化，得出了徑向排列聚光器之間風載干擾因子的變化規(guī)律。 【關鍵詞】：碟式太陽能聚光器 數(shù)值仿真 風力系數(shù) 風力矩系數(shù) 干擾因子
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TK513.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景及意義10-15
• 1.2 碟式太陽能發(fā)電技術的國內外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 國外主要碟式太陽能發(fā)電技術研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 國內碟式太陽能發(fā)電技術研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 計算風工程的國內外研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 碟式太陽能聚光器受風影響國內外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本文研究的主要內容21-22
• 第2章 風的流動特性22-29
• 2.1 風速的組成22
• 2.2 平均風速剖面22-24
• 2.3 湍流的主要屬性24-25
• 2.3.1 湍流強度24
• 2.3.2 湍流積分尺度24-25
• 2.3.3 陣風系數(shù)25
• 2.4 風載荷的定義25-27
• 2.5 風繞碟式太陽能聚光器的流動規(guī)律27-28
• 2.6 本章小結28-29
• 第3章 風載的數(shù)值仿真基礎29-37
• 3.1 流體力學的基本方程29-30
• 3.2 湍流的數(shù)值模擬方法30-33
• 3.2.1 直接數(shù)值模擬31
• 3.2.2 大渦模擬31
• 3.2.3 Reynolds 平均法31-33
• 3.3 湍流近壁面邊界層的處理方法33-35
• 3.3.1 近壁區(qū)流動的特點33-34
• 3.3.2 近壁區(qū)模型34-35
• 3.4 網(wǎng)格的離散方法35-36
• 3.5 本章小結36-37
• 第4章 單個聚光器風載的數(shù)值建模與仿真分析37-50
• 4.1 太陽能聚光器風載的數(shù)值建模37-40
• 4.1.1 聚光器物理模型37-38
• 4.1.2 聚光器網(wǎng)格劃分38
• 4.1.3 數(shù)值仿真參數(shù)的設置38-40
• 4.2 仿真結果分析40-48
• 4.2.1 碟式太陽能聚光器的風力系數(shù)40-41
• 4.2.2 不同角度時聚光器的風力系數(shù)41-45
• 4.2.3 間隙對聚光器風載的影響45-47
• 4.2.4 轉軸位置對聚光器風載的影響47-48
• 4.3 本章小結48-50
• 第5章 聚光器相互干擾效應的數(shù)值分析50-55
• 5.1 聚光器群的排列方案50-51
• 5.2 干擾效應量化51
• 5.3 數(shù)值建模51-52
• 5.4 仿真結果分析52-54
• 5.4.1 流場干擾52-53
• 5.4.2 不同高度角時風載系數(shù)干擾53-54
• 5.5 本章小結54-55
• 第6章 總結與展望55-56
• 6.1 全文總結55
• 6.2 工作展望55-56
• 參考文獻56-60
• 致謝60-61
• 附錄 A 攻讀學位期間發(fā)表的論文61

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