槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中聚光裝置的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化

【摘要】：21世紀(jì)能源短缺、資源枯竭以及環(huán)境污染等問(wèn)題日益突顯，尋求和開(kāi)發(fā)可再生、清潔能源是解決這些問(wèn)題的必經(jīng)之路。太陽(yáng)能作為無(wú)限、清潔的能源，是未來(lái)能源的主要發(fā)展方向。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)技術(shù)是太陽(yáng)能熱發(fā)電的主要形式之一，但存在成本高、效率低的問(wèn)題，核心部件成本的降低和關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新成為槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電急需解決的問(wèn)題。 本論文依托廣東省教育廳高層次人才項(xiàng)目的部分任務(wù)，在揭示槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及其工作原理、系統(tǒng)組成和技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)槽式太陽(yáng)能聚光裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了提高聚光效率、降低質(zhì)量的目的，有利于降低成本和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 全文以中科院廣州能源研究所三水太陽(yáng)能發(fā)電示范基地的聚光裝置為研究對(duì)象，首先對(duì)聚光裝置的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了分析，建立了聚光裝置的三維模型，對(duì)聚光裝置的載荷進(jìn)行分析，理論推導(dǎo)了聚光裝置的風(fēng)載荷計(jì)算公式。然后以該三維模型為基礎(chǔ)對(duì)聚光裝置進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，并對(duì)聚光裝置的模態(tài)結(jié)果進(jìn)行分析；接著對(duì)聚光裝置的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得到了不同工作角度時(shí)聚光裝置的形變和應(yīng)力分布，分析了反光鏡形變、應(yīng)力和支架應(yīng)力與工作角度之間的變化關(guān)系，確定了聚光裝置工作時(shí)各性能的最不利工況，為后面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支撐。 然后，確定了聚光裝置結(jié)構(gòu)的總體優(yōu)化方案。對(duì)反光鏡的支點(diǎn)位置進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最佳反光鏡支點(diǎn)位置。對(duì)聚光裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)拓?fù)浞治?，根?jù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果選擇聚光裝置懸臂作為優(yōu)化對(duì)象，以懸臂截面尺寸為優(yōu)化參數(shù)，根據(jù)可制造化原則，對(duì)懸臂進(jìn)行尺寸優(yōu)化，在保證聚光精度的前提下，減輕了聚光裝置的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，綜合性能明顯提高。 【關(guān)鍵詞】：槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng) 聚光裝置 模態(tài)分析 靜力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 課題研究背景及意義11-16
• 1.1.1 能源現(xiàn)狀11-13
• 1.1.2 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)13-15
• 1.1.3 本課題的研究目標(biāo)和意義15-16
• 1.2 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 槽式太陽(yáng)能聚光裝置的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.5 本章小結(jié)21-22
• 第二章 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理22-23
• 2.3 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)組成23-30
• 2.3.1 聚光集熱系統(tǒng)23-29
• 2.3.2 熱交換系統(tǒng)29
• 2.3.3 發(fā)電系統(tǒng)29
• 2.3.4 蓄熱系統(tǒng)29-30
• 2.3.5 輔助能源系統(tǒng)30
• 2.4 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)存在的技術(shù)問(wèn)題及解決途徑30-31
• 2.4.1 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)目前存在的技術(shù)問(wèn)題30
• 2.4.2 解決途徑30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 槽式聚光裝置結(jié)構(gòu)建模及其載荷分析32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 槽式聚光裝置的結(jié)構(gòu)組成32-33
• 3.3 槽式聚光裝置的模型建立33-35
• 3.3.1 建模時(shí)的簡(jiǎn)化原則33
• 3.3.2 聚光裝置支架結(jié)構(gòu)建模33-35
• 3.3.3 反光鏡結(jié)構(gòu)建模35
• 3.4 聚光裝置所受載荷的分析35-41
• 3.4.1 載荷的分類35-36
• 3.4.2 風(fēng)載荷的特性36-37
• 3.4.3 靜態(tài)風(fēng)載荷的計(jì)算推導(dǎo)37-41
• 3.4.4 自重41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 聚光裝置的有限元模態(tài)分析43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 有限元分析理論推導(dǎo)43-45
• 4.3 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)45-47
• 4.4 聚光裝置模態(tài)分析47-52
• 4.4.1 ANSYS Workbench 介紹47
• 4.4.2 聚光裝置有限元模態(tài)分析前處理47-49
• 4.4.3 模態(tài)分析結(jié)果49-51
• 4.4.4 結(jié)果分析51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 聚光裝置的靜力學(xué)分析53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 靜力學(xué)分析原理53
• 5.3 風(fēng)載荷大小的確定53-55
• 5.4 聚光裝置的有限元靜態(tài)分析55-64
• 5.4.1 最大工作風(fēng)速下的靜態(tài)分析55-63
• 5.4.2 聚光裝置極限載荷下的靜態(tài)分析63-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 第六章 基于最佳工作性能的聚光裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化65-79
• 6.1 引言65
• 6.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論65-66
• 6.2.1 尺寸優(yōu)化65-66
• 6.2.2 形狀優(yōu)化66
• 6.2.3 拓?fù)鋬?yōu)化66
• 6.3 結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化方案的確定66-67
• 6.4 反光鏡支點(diǎn)位置的優(yōu)化67-70
• 6.5 基于拓?fù)浞治龅木酃庋b置結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)70-78
• 6.5.1 聚光裝置整體拓?fù)浞治?/span>70-72
• 6.5.2 基于拓?fù)浞治鼋Y(jié)果的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)72-76
• 6.5.2.1 空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)72-73
• 6.5.2.2 基于拓?fù)浞治鼋Y(jié)果的進(jìn)一步尺寸優(yōu)化73-76
• 6.5.3 聚光裝置優(yōu)化前后的性能比較與分析76-78
• 6.6 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-82
• 全文總結(jié)79-80
• 未來(lái)研究展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見(jiàn)91

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