大型碟式太阳能发电系统机架风载荷特性及风振响应研究

发布时间：2017-11-14 13:15

  本文关键词：大型碟式太阳能发电系统机架风载荷特性及风振响应研究

  更多相关文章： 碟式太阳能光热发电系统 风载荷 静力干扰效应 绕流特性 风振响应 时域分析

【摘要】：碟式太阳能光热发电系统是涉及太阳辐射的光场、碟式机架的机械场以及吸热器腔体的热场,是光-机-热多场多过程的耦合系统。其中,碟式机架是实现聚光器反射镜面几何“保型”和吸热器位置保持的载体,风载作用可能引起机架位移响应过大,而导致系统聚光性能下降、镜面破裂或更为严重的停机情况。因此,开展碟式机架风载荷特性及风振响应研究是尤为重要的。本文以研制的25KW级碟式机架为对象,研究单体机架和双机架群体干扰的风载荷及绕流特性;将线性滤波法与有限元技术相结合,开展了典型工况的碟式机架风振时域响应研究。具体研究内容包括:首先,基于Fluent6.3软件平台,选用Reynolds时均的Realizable k-ε湍流模型,开展了复杂碟式机架三维定常风场的数值模拟。应用带圆柱内域分区的多风向角建模方法,建立了满足流场充分发展和网格独立解的计算域模型,模拟得到了45组工况的总风载荷、镜面风压分布及绕流特性等结果。分析了风载荷随工况的变化规律,并将载荷曲线同抛物雷达天线风洞试验结果进行了定性对比分析,验证了结果的合理性。采用因次方法探讨了反射镜面风载荷占机架总风载荷的比值,给出了反射镜面分区的体型系数分布及载荷极值,分析了流场绕流特性揭示了风载荷产生的机制。其次,根据单体机架的风载研究成果,选取了单体机架中三种最不利风载工况,基于Fluent6.3平台开展了两机架基本布置形式(串列、并列和斜列)和布置间距对机架风载荷的干扰效应研究,获得了各布置工况的下游受扰机架静风载荷干扰因子,分析了干扰因子随布置形式和间距的变化规律,通过流场流线分布探讨了机架风载荷干扰的产生机制。研究表明,串列布置的下游受扰机架静风载荷干扰因子均小于1.0表现为“遮挡效应”,而上游施扰机架的风载荷趋于单体情况。斜列布置的干扰效应也均表现为“遮挡效应”,但较串列干扰弱。并列布置的两机架中间有形成“狭缝效应”,但效果不明显。而后,阐述了复杂碟式机架有限元模型的简化及构建方法,基于Ansys 12.0平台建立了适于瞬态动力分析的机架有限元模型。通过整机结构静风承载和机构传动角的分析,指出了高度角驱动机构设计存在的不足并予以改进,对比分析了机构改进前后机架多高度角工位的自振特性,为机架风振响应分析提供了依据。最后,基于线性滤波法,编制Mtalab程序计算了机架25组典型工况的脉动风载荷(平均风速16.0m/s),求解了高度角机构改进的机架结构风振时域响应。分析了机架位移控制节点的位移响应均方根和峰值的分布特性,并对控制节点的位移时程进行了频谱分析,探讨了机架风振响应中振型参与和贡献的问题,给出了各工况机架控制节点的位移风振系数。研究表明,机架风振响应是以脉动风载的强迫振动为主,并伴有多阶振型参与的共振响应,机架振动主要为机架视日部分绕高度角轴线的旋转运动。机架控制节点的位移峰值和位移均方根的分布特性相似,均以沿聚光器焦轴方向的响应分量占主导地位。通过本文较系统的研究,确定了碟式机架的风载荷分布及作用机制,明确了机架结构的抗风设计要点,为后续机架结构优化及振动控制研究提供基础,也为碟式电站的机架群体抗风布置提供了依据。
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢壮宁;顾明;倪振华;;群体高层建筑静力干扰效应的定量分析[J];哈尔滨工业大学学报;2006年01期

2 楼文娟,杨毅,庞振钱;刚性模型风洞试验确定大跨屋盖结构风振系数的多阶模态力法[J];空气动力学学报;2005年02期

3 吴志成;气流紊流度对碟形抛物面气动力特性影响的实验研究[J];南京航空航天大学学报;1990年03期

4 杨敏林;杨晓西;林汝谋;袁建丽;;太阳能热发电技术与系统[J];热能动力工程;2008年03期

5 谢壮宁,顾明,倪振华;高层建筑群静力干扰效应的试验研究[J];土木工程学报;2004年06期

6 谢壮宁,顾明;任意排列双柱体的风致干扰效应[J];土木工程学报;2005年10期

7 章子华;王振宇;刘国华;;风电场脉动风模拟及风机塔架动力响应研究[J];太阳能学报;2011年07期

8 ;国内首座碟式太阳能斯特林光热示范电厂落户鄂尔多斯[J];太阳能;2012年21期

9 周瑞兴,上官云信,高永卫;圆锥和抛物面天线的风荷载及变形特性分析[J];现代雷达;2002年02期

10 鲍侃袁;沈国辉;孙炳楠;;双曲冷却塔的脉动风荷载模拟和风致响应[J];浙江大学学报(工学版);2010年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 高延龙;雷达天线风载荷特性的数值仿真方法研究[D];电子科技大学;2009年

，

本文编号：1185541