碟式太陽能光熱系統(tǒng)光-機(jī)-熱多場(chǎng)耦合建模及其聚光性能預(yù)測(cè)應(yīng)用

【摘要】：針對(duì)碟式光熱系統(tǒng)中機(jī)械位移場(chǎng)對(duì)吸熱腔能流分布的影響,提出以光-機(jī)-熱多場(chǎng)耦合角度建立熱腔能流分布數(shù)學(xué)模型。分析系統(tǒng)光機(jī)熱多場(chǎng)耦合機(jī)制,確定不同位移場(chǎng)模式對(duì)聚光器的影響尺度?；阽R面單元的剛體假設(shè),提出將宏觀機(jī)械位移場(chǎng)(安裝誤差、跟蹤誤差和機(jī)架承載位移)作用等效為鏡面單元的剛體系列運(yùn)動(dòng),推導(dǎo)宏觀機(jī)械位移場(chǎng)對(duì)鏡面單元內(nèi)任意點(diǎn)位置的影響矩陣,并引入面形誤差得到了鏡面各點(diǎn)法線矢量的影響矩陣?？紤]機(jī)架承載后鏡面單元與吸熱器的空間位移協(xié)調(diào)性,基于光線跟蹤方法,建立光能傳輸與腔式吸熱器能流分布的光-機(jī)-熱多場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型。在Matlab 7.0平臺(tái)編制能流分布求解及數(shù)據(jù)接口程序,融合Fluent 6.3和ANSYS 12.0搭建了聚光性能預(yù)測(cè)的仿真平臺(tái)。并針對(duì)光線與熱腔求交效率低,提出采用包圍盒實(shí)現(xiàn)快速碰撞檢測(cè),且以多段錐曲面擬合并替代高次熱管曲面的方法進(jìn)一步加速求交計(jì)算。以在研的38 k W級(jí)碟式系統(tǒng)為實(shí)例,基于搭建的仿真平臺(tái)開展典型風(fēng)載工況與跟蹤誤差對(duì)熱腔能流分布的影響,對(duì)仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證,為后續(xù)碟式機(jī)架面向聚光性能的綜合優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。 【作者單位】： 湖南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;湘電集團(tuán)太陽能事業(yè)部;
【關(guān)鍵詞】： 碟式聚光器 光-機(jī)-熱多場(chǎng)耦合 鏡面單元 機(jī)械位移場(chǎng) 能流分布 光線跟蹤
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51275166) 湖南省戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)重大科技攻關(guān)(2011GK4058) 湖南科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(S130019,S140018) 湖南省高校產(chǎn)學(xué)研基金(11CY020)資助項(xiàng)目
【分類號(hào)】：TM615
【正文快照】： *0前言碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)(簡稱碟式系統(tǒng))是太陽能光熱高品位利用中活躍的研究方向,為了有效實(shí)現(xiàn)太陽光能的傳輸與熱腔能流的合理分布,需要聚光器鏡面幾何具有良好的“保型”能力,且鏡面幾何與吸熱器要保持合理的空間位置關(guān)系,是涉及光-機(jī)-熱多場(chǎng)多過程的科學(xué)問題。然而,隨著

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