50MW级槽式太阳能集热器支架在风荷载下的动态性能研究

发布时间：2020-06-08 09:36

【摘要】：伴随着经济的发展，不可再生能源的消耗量持续增长，使得寻找新的能源已经成为全世界关注的问题，太阳能利用也越来越受到重视，太阳能热发电是太阳能利用的主要方向之一，目前实现商业化、标准化生产的是聚光类太阳能热发电。聚光类太阳能热发电是利用太阳能跟踪系统跟踪太阳运动，吸收太阳能转化为热能发电的系统。太阳能集热器跟踪系统的支架是跟踪系统部件中主要的承载构件。但是以往的研究主要集中在集热方面，对支架结构的研究是在优化设计之后进行静力分析，对结构动态特性的研究较少。本文就其风荷载下的动态性能进行研究分析，为支架设计提供参考。首先，建立支架有限元模型，对支架进行模态分析；对实际模型进行适当简化，选取支架所处的不同位置，在ANSYS中建立支架有限元模型，分析其模态参数及其随支架位置不同的变化规律。结果表明：支架的固有频率随聚光器旋转至不同位置的变化不大，自振频率低且密集。其次，选取最大迎风面位置，计算了结构的顺风向风振响应；在对结构进行风振响应分析之前，首先要获得风荷载时程样本数据，本文结合实际条件，选择数值模拟方法获得风荷载时程样本。根据随机振动理论，基于AR（自回归）模型，运用MATLAB编写风荷载时程模拟程序，获得抛物面的水平脉动风时程样本数据，并将其换算获得风荷载时程曲线。随后在ANSYS软件中将所得的风荷载时程数据施加到结构的抛物型反射镜表面上。经过瞬态时程分析，得到结构在风荷载下的响应。结果表明，结构在风荷载的作用下，支架主要发生了绕驱动轴的转动，低阶振型贡献较大，并且其在风荷载下的最大位移达到0.40216m；通过对应力的分析观察，得出：应力随时间会发生变化，但是最大应力值为6.58MPa，不会超过钢的屈服极限，在安全范围内。设计时主要考虑控制位移量。最后，对涡激振动的抛物面绕流做了初步分析；太阳能集热器反射镜集热板是抛物线形的，规范里没有明确给出此截面形状的有关参数。本文采用数值风洞方法，对最大迎风面位置在不同速度风场中的升力系数、绕流形态和漩涡脱落频率进行了模拟计算，分析得出：其升力系数相对较小，可以不考虑升力的影响；漩涡脱落频率随风速变化曲线比较接近直线，与斯托罗哈公式基本符合，并且其斯托罗哈数St=0.205，与圆柱的比较接近。支架结构最大迎风面的固有频率为漩涡脱落频率的整数倍，可能发生谐波共振，需要予以重视。
【图文】：

太阳能热发电系统,工作原理,单轴跟踪,焦线

典型的槽式太阳能热发电系统工作原理如图 1.1 所示：图1.1 槽式太阳能热发电系统工作原理槽式太阳能集热器可以根据跟踪系统的轴数来区分，，槽式太阳能跟踪机构可分为单轴跟踪和双轴跟踪两种。单轴跟踪一般采用：①倾斜布置东西跟踪；②焦线南北水平布置，东西跟踪；③焦线东西水平布置，南北跟踪。这三种方式都是单轴转动[11]。

功能原理,太阳能集热器,和跟踪,太阳跟踪

集系统（聚光器和吸收器）和太阳跟踪机构，太阳跟踪机构可以调整聚光器的抛物型反射镜面的角度以实现最大地吸收太阳直接辐射能。图1.2 槽式太阳能集热器的功能原理和跟踪机构图图 1.2 为 SKAL-ET 集热器的功能原理和跟踪机构图。从东向西跟踪太阳，能够反射并聚集太阳光直接辐射至吸热管，达到最大 80 倍聚光比，吸热管位于反射面的焦线位置。集热器组合（SCA）由 12 个 12 米长的太阳能集热元件（SCE）组成，抛物型反射镜面和吸热管安装在这些 SCE 上，集热元件在运行状态下要求能够保持刚性以维持整个吸热管置于聚焦的位置。SKAL-ET 集热装置的 12 个 SCE 安装在 12 个支撑上，一个中心驱动控制所有SCE 同步跟踪太阳。位于太阳集热器边缘的 SCE 支撑需要加强，以抵御强风；内部
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK513.1

【参考文献】