槽式聚光镜抗风性能研究

发布时间：2017-09-17 05:20

  本文关键词：槽式聚光镜抗风性能研究

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【摘要】：21世纪以来,随着经济的增长和工业化的快速发展,环境保护和能源问题已成为社会关注的热点。太阳能作为一种新型清洁能源,符合可持续发展要求,在我国未来能源结构中占有很大比重。槽式太阳能热发电系统作为技术发展成熟的中温太阳能热发电系统,以其无法替代的优势在部分发达国家已经大规模应用,并且制定了符合其气候条件与地貌环境的抗风标准,然而我国光热发电技术起步较晚,目前相关研究较少,如何解决聚光镜在一定风速下正常工作,以及在强风作用下保证设备安全成为了亟待解决的问题。本文以槽式抛物型聚光镜为研究对象,基于计算流体力学理论对聚光镜风载荷进行数值模拟和对聚光镜支架力学性能进行分析,主要研究成果如下:(1)以单个抛物型槽式聚光镜为研究对象,基于计算流体力学基础理论和近地风相关理论,建立CFD三维有限元计算模型,分区域划分网格并设置边界条件,利用FLUENT软件对模型的不同工况进行数值模拟,分析俯仰角、方位角对流场分布和聚光镜表面风压分布的影响,确定了聚光镜避险位置,探讨了不同尺寸分隔缝对聚光镜风载荷的影响。(2)在分析单个聚光镜受载基础上,以单行、单列、三行三列聚光镜组为研究对象,建立数值风洞模型对聚光镜组干扰效应进行分析,讨论了单列聚光镜俯仰角和行间距以及单排聚光镜俯仰角和列间距对表面风压分布和流场分布的影响,分析了三行三列聚光镜阵列在不同俯仰角下的流场分布、镜面风压分布和风载荷的变化规律。(3)基于结构优化原理对抛物型槽式聚光镜支架进行结构设计,在前文风载分析的基础上,运用Hyper Works软件对聚光镜支架进行拓扑优化设计,对支点位置进行优化,比较了切割板结构和型钢结构的力学性能、对支架结构尺寸进行了优化分析,对抛物型槽式聚光镜的抗风性能进行探讨。
【关键词】：槽式聚光镜 风载荷 CFD 有限元分析 结构优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TK513.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景与意义9-11
• 1.1.1 太阳能与能源问题9-10
• 1.1.2 槽式太阳能发电系统简介10-11
• 1.2 国内外槽式太阳能发电的研究现状11-14
• 1.2.1 国外槽式太阳能研究现状11-13
• 1.2.2 国内槽式太阳能发电的研究现状13-14
• 1.3 槽式聚光镜抗风问题分析14-15
• 1.4 结构风工程研究方法15-17
• 1.4.1 风洞试验方法16
• 1.4.2 现场实测方法16
• 1.4.3 数值模拟方法16-17
• 1.5 本文研究内容17-19
• 2 槽式聚光镜风压分布规律及流场特性研究19-57
• 2.1 引言19
• 2.2 近地风理论研究19-24
• 2.2.1 大气边界层风特性19-20
• 2.2.2 平均风特性20-22
• 2.2.3 脉动风特性22-23
• 2.2.4 风对结构的作用23-24
• 2.3 流体力学基础24-26
• 2.3.1 流动分类24-25
• 2.3.2 常用无量纲数25-26
• 2.4 计算流体力学基础26-29
• 2.5 计算模型建立与工况的选择29-34
• 2.5.1 计算模型的建立29-31
• 2.5.2 工况的选择31-32
• 2.5.3 网格划分32-33
• 2.5.4 边界条件设置33-34
• 2.5.5 求解器设置34
• 2.6 槽式聚光镜平均风压分布规律分析34-52
• 2.6.1 俯仰角对风压分布规律的影响34-41
• 2.6.2 聚光镜不同俯仰角压力分布变化规律分析41-43
• 2.6.3 不同俯仰角下的流场分析43-47
• 2.6.4 方位角对风压分布规律的影响47-48
• 2.6.5 不同方位角下的流场分析48-50
• 2.6.6 常见工况镜面风载分析50-51
• 2.6.7 避险位置分析51-52
• 2.7 分隔缝对风压分布规律的影响52-54
• 2.8 本章小结54-57
• 3 槽式聚光镜组干扰效应分析57-77
• 3.1 引言57
• 3.2 槽式聚光镜组风场干扰分析前处理设置57-59
• 3.2.1 工况选择和模型建立57-58
• 3.2.2 网格划分58-59
• 3.2.3 边界条件和求解器设置59
• 3.3 单列聚光镜干扰效应分析59-63
• 3.4 单排聚光镜干扰效应分析63-65
• 3.5 聚光镜组干扰效应分析65-75
• 3.5.1 聚光镜组流场分析65-68
• 3.5.2 聚光镜组风载分析68-75
• 3.6 本章小结75-77
• 4 槽式聚光镜支架力学性能研究77-99
• 4.1 引言77
• 4.2 结构拓扑优化设计原理及方法77-80
• 4.2.1 结构优化原理77-78
• 4.2.2 结构优化设计数学模型78-79
• 4.2.3 拓扑优化原理79
• 4.2.4 拓扑优化方法79-80
• 4.3 槽式聚光器结构优化工况80-81
• 4.4 槽式聚光镜支点位置优化设计81-87
• 4.5 基于拓扑优化原理的聚光器支架设计87-95
• 4.5.1 槽式聚光器支架拓扑优化模型及基本参数87-88
• 4.5.2 槽式聚光镜拓扑优化分析88-89
• 4.5.3 聚光镜支架形状设计89-91
• 4.5.4 聚光镜支架尺寸参数优化91-95
• 4.6 聚光器力学性能评价95-97
• 4.7 本章小结97-99
• 5 总结与展望99-101
• 5.1 总结99-100
• 5.2 展望100-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐伟;杨帆;刘静静;缪晨阳;;槽式抛物面太阳能热发电系统发展现状与探讨[J];发电设备;2015年01期

2 孙德胜;陈雁;;太阳能热发电技术最新进展与前景研究[J];电源技术;2010年08期

3 熊亚选;吴玉庭;马重芳;张业强;;槽式太阳能聚光集热器热性能数值研究[J];工程热物理学报;2010年03期

4 陈超;聂志刚;那小桃;;槽式太阳能集热发电系统发展状况[J];工程研究-跨学科视野中的工程;2009年04期

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7 梁征;由长福;;太阳能槽式集热系统动态传热特性[J];太阳能学报;2009年04期

8 宿建峰;李和平;，

本文编号：867489