线性菲涅耳反射聚光器的光学仿真及结构优化
发布时间：2021-04-21 02:35
利用光线追迹的方法,考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响,建立线性菲涅耳反射聚光器（LFR）的三维光学几何模型,给出其光斑能流密度分布的计算式,采用Matlab编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的SolTrace软件仿真结果相对比,光斑能流密度分布曲线基本吻合,证明了本算法的正确性。参照塔式聚光场光学效率的计算方法,给出了LFR聚光场光学效率的计算公式,以及一天内各个时刻、一年内各月份平均光学效率的计算实例。并对线性菲涅耳聚光场结构进行分析优化,包括反射镜面型、聚光场布置方向、布置范围、CPC（复合抛物面聚光器）二次反射镜等。分析结果表明,圆柱面反射镜与抛物柱面反射镜的光斑能流密度分布几乎相同,但圆柱面反射镜加工成本较低,LFR聚光器适合采用圆面柱形反射镜；东西向布置聚光场会出现纵向端部效应,且光斑中心偏移量较大,但一年内各月平均光学效率较稳定；聚光场年平均光学效率基本不随其布置方向变化。提出一种新型LFR聚光场,东西向单侧布置聚光场,聚光场沿东西方向布置在线性接收塔的北侧,反射镜采用非等间距布置的圆柱面反射镜,半径随分布位置变化,接收器开口向...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 聚光型太阳热发电（CSP）国内外研究现状
1.3 线性菲涅耳反射（LFR）聚光器研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第二章 LFR聚光器的三维光学几何模型
2.1 太阳形状模型及太阳位置的计算
2.1.1 太阳形状模型
2.1.2 太阳位置的计算
2.2 聚光场几何模型
2.2.1 考虑太阳张角的入射光线方程
2.2.2 反射镜跟踪倾角的计算
2.2.3 反射光线方程及焦平面上入射点的计算
2.3 阴影与遮挡的影响
2.4 小结
第三章 聚焦光斑能流密度分布的计算
3.1 聚焦光斑能流密度分布计算的研究现状
3.2 能流密度空间分布的计算
3.2.1 太阳形状的日盘网格划分
3.2.2 聚光场网格划分
3.2.3 Monte Carlo光线追迹算法的实现
3.2.4 能流密度空间分布的计算公式
3.3 数学模型的验证及结果分析
3.3.1 SolTrace软件
3.3.2 数学模型的验证
3.3.3 结果分析
3.4 小结
第四章 聚光场光学效率及结构优化
4.1 聚光场光学效率的理论计算
4.1.1 LFR聚光场光学效率的计算模型
4.1.2 LFR聚光场光学效率的计算实例
4.2 反射镜面型的影响
4.2.1 圆柱面反射镜及抛物柱面反射镜的参数方程
4.2.2 平面、圆柱面及抛物面反射镜聚焦光斑能流密度分布对比
4.3 聚光场布置方向及范围的影响
4.3.1 东西方向布置聚光场的光斑能流密度分析
4.3.2 南北方向布置聚光场的光斑能流密度分析
4.3.3 聚光场布置方向对光学效率的影响
4.3.4 聚光场布置范围的设计
4.4 CPC型接收器的设计
4.4.1 CPC结构及聚光原理
4.4.2 CPC二次聚光器的设计
4.5 一种新型LFR聚光场布置方案
4.6 小结
结论
致谢
参考文献
发表和待发表论文及申请专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]SOLTRACE入门与应用[J]. 杜春旭,郭丽军,王普,吴玉庭,马重芳. 太阳能. 2011(21)
[2]菲涅耳太阳能聚光系统跟踪倾角的矢量算法[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭. 太阳能学报. 2011(06)
[3]线聚光菲涅耳集热器的端部损失与补偿[J]. 浦绍选,夏朝凤. 农业工程学报. 2011(S1)
[4]关于管状CPC缝隙的相关问题的分析[J]. 余雷,王军,张耀明. 太阳能学报. 2011(02)
[5]塔式电站定日镜场布置范围的理论分析[J]. 张宏丽,王志峰. 太阳能学报. 2011(01)
[6]线性菲涅耳聚光系统无遮挡镜场布置的光学几何方法[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭. 光学学报. 2010(11)
[7]线性菲涅耳太阳能聚光系统[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭,申少青. 能源研究与管理. 2010(03)
[8]聚光太阳能发电技术应用与前景[J]. 陈于平. 电网与清洁能源. 2010(07)
[9]一种高精度太阳位置算法[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭,申少青. 能源工程. 2010(02)
[10]二次反射聚光分频光伏系统的三维光学模型[J]. 江守利,陈则韶,胡芃,莫松平. 太阳能学报. 2009(09)
博士论文
[1]反射聚光利用太阳能的基础理论与实验研究[D]. 江守利.中国科学技术大学 2009
[2]太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究[D]. 刘颖.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]线性菲涅尔反射式太阳能集热系统研究[D]. 宋固.山东大学 2011
本文编号：3150881
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 聚光型太阳热发电（CSP）国内外研究现状
1.3 线性菲涅耳反射（LFR）聚光器研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第二章 LFR聚光器的三维光学几何模型
2.1 太阳形状模型及太阳位置的计算
2.1.1 太阳形状模型
2.1.2 太阳位置的计算
2.2 聚光场几何模型
2.2.1 考虑太阳张角的入射光线方程
2.2.2 反射镜跟踪倾角的计算
2.2.3 反射光线方程及焦平面上入射点的计算
2.3 阴影与遮挡的影响
2.4 小结
第三章 聚焦光斑能流密度分布的计算
3.1 聚焦光斑能流密度分布计算的研究现状
3.2 能流密度空间分布的计算
3.2.1 太阳形状的日盘网格划分
3.2.2 聚光场网格划分
3.2.3 Monte Carlo光线追迹算法的实现
3.2.4 能流密度空间分布的计算公式
3.3 数学模型的验证及结果分析
3.3.1 SolTrace软件
3.3.2 数学模型的验证
3.3.3 结果分析
3.4 小结
第四章 聚光场光学效率及结构优化
4.1 聚光场光学效率的理论计算
4.1.1 LFR聚光场光学效率的计算模型
4.1.2 LFR聚光场光学效率的计算实例
4.2 反射镜面型的影响
4.2.1 圆柱面反射镜及抛物柱面反射镜的参数方程
4.2.2 平面、圆柱面及抛物面反射镜聚焦光斑能流密度分布对比
4.3 聚光场布置方向及范围的影响
4.3.1 东西方向布置聚光场的光斑能流密度分析
4.3.2 南北方向布置聚光场的光斑能流密度分析
4.3.3 聚光场布置方向对光学效率的影响
4.3.4 聚光场布置范围的设计
4.4 CPC型接收器的设计
4.4.1 CPC结构及聚光原理
4.4.2 CPC二次聚光器的设计
4.5 一种新型LFR聚光场布置方案
4.6 小结
结论
致谢
参考文献
发表和待发表论文及申请专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]SOLTRACE入门与应用[J]. 杜春旭,郭丽军,王普,吴玉庭,马重芳. 太阳能. 2011(21)
[2]菲涅耳太阳能聚光系统跟踪倾角的矢量算法[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭. 太阳能学报. 2011(06)
[3]线聚光菲涅耳集热器的端部损失与补偿[J]. 浦绍选,夏朝凤. 农业工程学报. 2011(S1)
[4]关于管状CPC缝隙的相关问题的分析[J]. 余雷,王军,张耀明. 太阳能学报. 2011(02)
[5]塔式电站定日镜场布置范围的理论分析[J]. 张宏丽,王志峰. 太阳能学报. 2011(01)
[6]线性菲涅耳聚光系统无遮挡镜场布置的光学几何方法[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭. 光学学报. 2010(11)
[7]线性菲涅耳太阳能聚光系统[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭,申少青. 能源研究与管理. 2010(03)
[8]聚光太阳能发电技术应用与前景[J]. 陈于平. 电网与清洁能源. 2010(07)
[9]一种高精度太阳位置算法[J]. 杜春旭,王普,马重芳,吴玉庭,申少青. 能源工程. 2010(02)
[10]二次反射聚光分频光伏系统的三维光学模型[J]. 江守利,陈则韶,胡芃,莫松平. 太阳能学报. 2009(09)
博士论文
[1]反射聚光利用太阳能的基础理论与实验研究[D]. 江守利.中国科学技术大学 2009
[2]太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究[D]. 刘颖.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]线性菲涅尔反射式太阳能集热系统研究[D]. 宋固.山东大学 2011
本文编号：3150881
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