槽式聚光镜新型挠曲优化研究

发布时间：2020-09-22 11:01

　　本文在前期研究成果即槽式聚光镜挠曲优化的基础上提出了一种新的聚光镜面型优化方法——端部约束及集中力加载的聚光镜挠曲优化,下文简称新型挠曲优化。系统地研究了通过新型挠曲优化后的聚光镜面型的理论模型、实际热弯制造方法、镜表面质量,最后还对实际热弯成型聚光镜的聚光性能进行了分析,主要的研究内容、方法和结论概括如下:(1)首先介绍了聚光镜挠曲优化的方法、理论及前期的研究成果,在此基础上提出了新的聚光镜面型优化方法——端部约束及集中力加载的聚光镜挠曲优化。考虑玻璃在耦合力场作用下面型的变化及热弯过程中的粘弹性质,建立了实际热弯过程中面型的动态描述模型,并且给出了本文的面型优化模型。(2)对于非接触式挠曲制镜过程中面型的精确控制,在面型动态描述方程的基础上研究速度的变化情况,进而分析退火后的热惯性变形量和回弹量,从而得出合理的热弯退火点,并且进行了实验验证。通过分析最终热弯成型聚光镜的面型发现,采用这种热弯控制方法,形面误差基本上可以控制在1mm以内,仅为拱高的1.7%。(3)研究非接触式制镜技术对玻璃表面粗糙度的影响情况和表面粗糙度对镜面反射率的影响。对聚光镜热弯制造前后镜表面粗糙度进行了实际测量和统计分析,得到反射面粗糙度Ra具体的分布函数,进一步分析得出了新型挠曲优化聚光镜的镜面反射率。研究结果表明:到达新型聚光镜的太阳辐射中有96%的能量能够形成镜面反射。(4)将实际热弯的聚光镜面型数据建立三维模型并导入TracePro光学软件中,采用模拟的方法,对其聚光特性进行了分析,同时还搭建了激光光路检测和室外太阳光实测的实验平台,并将实验结果与模拟结果进行了对比分析。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：

分布图,太阳能热利用,热发电,商业化运作

且聚光镜不仅本身有着较大的性价比提升潜力，其对于支撑结构和追日机构的成本也逡逑有着显著影响。因此聚光镜的研究对于提高太阳能热利用系统的效率及降低系统成本逡逑具有重要意义。图１－３为槽式太阳能热发电系统投资占比分布图。逡逑其绝工程逡逑附＊生产工程逦１－６４％逦■；＊；阳能集热场逡逑￣＼逦■龙汽发生系统逡逑１．７５％邋ＶＳ．逦Ａ邋１３．９７％逦■储热系抚逡逑３０６％逦？钱料茨逡逑：：ｌ／邋Ｓｌｖ；：＇／逡逑Ｓ．４５Ｘ逦＇逦Ｉ逦＊Ｒｆｅ：Ｌ邋程逡逑袭汽发生}q？．栥薄用逡逑N９３％逡逑图１－３槽式热发电系统建设投资分布图逡逑光学性能优良的聚光系统要求能够将太阳辐射通过聚光镜镜面汇聚到吸热管上逡逑面，对高能波段的太阳辐射形成足够充分的汇聚。在理论及实际应用中发现，有严格逡逑焦点的抛物面镜比其它曲面镜在这方面的性能更加优良，这是抛物面镜称为主流聚光逡逑２逡逑

曲线,聚光镜,热发电,投资分布

：逦■眯逡逑图１－２邋２０２０年中国能源发展战略逡逑槽式太阳能热利用技术目前己经相对成熟且在国外热发电项目中成功商业化运作逡逑［１］，其核心部分集热系统包括聚光镜、接收器、支架和跟踪装置，系统性能的主要评价逡逑指标是集热系统的集热效率。聚光镜、接收器、支架和跟踪装置任一部分性能的下降逡逑都会对集热效率产生重大影响。通常接收器采用玻璃真空集热管，若真空管的真空逡逑度、选择性涂层的发射率及玻璃－金属封接没有达到技术指标，随着内部工质的温度升逡逑高，热损失势必增大，工质的有用得热量降低，从而降低集热效率。聚光镜对集热效逡逑率的影响主要在于两个方面，一方面镜面的反射线是否聚光到接收器，这依赖于聚光逡逑镜的面型曲线；另一方面是镜面的反射率大小，而反射率的大小与镜面粗糙度有关，逡逑这取决于镜面的材料及制造工艺。聚光镜对接收器处能流密度的影响可以达到几个数逡逑量级，而且在太阳能中高温热利用系统中，聚光系统的成本占比一般会超过５０％［２］，而逡逑且聚光镜不仅本身有着较大的性价比提升潜力

聚光器,太阳能集热,技术,定日镜

究成果的基础上，又提出一种采用端部约束及集中力优化成型曲柱面聚光镜，并系统地研究了新型聚光镜的成型原理、热弯方法、面型数据及表面粗糙度、聚光光学效率等，为新型聚光提供了理论和实验指导。逡逑研究现状逡逑太阳能聚光技术逡逑阳能聚光器由反射镜和支架两部分组成，反射镜放置在一定机构的帮助下，使反射镜反射的太阳光聚焦到集热器吸热面。点要求：①具有较高的反射率；②具有良好的聚光性能；③具良好的抗疲劳能力；⑤具有良好的抗风载荷能力；⑥具有良好有良好的运动性能；⑧具有良好的保养、维护、运输性能。逡逑太阳能热利用的定日镜相比，槽式太阳能热利用聚光系统的制造体现在以下三点：①抛物面镜曲面比定日镜曲面弧度大；②平放比定日镜要大，抗风能力要求更高；③运动性能要求更高。逡逑

【参考文献】