无码日韩精品一区二区免费暖暖,久久精品国产精品亚洲,开心播播网,女人床技48动态图,国产精品无码免费专区午夜

聚(ju)光(guang)(guang)(guang)太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)熱(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)技術是(shi)(shi)采用(yong)大面(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)的(de)反(fan)射(she)鏡面(mian)(mian)(mian)(mian)(稱(cheng)之為(wei)(wei)太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi))將低密(mi)度太陽輻射(she)能(neng)(neng)(neng)(neng)聚(ju)集到(dao)小面(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)的(de)接(jie)收器(qi)(qi)上，形(xing)成(cheng)高密(mi)度輻射(she)能(neng)(neng)(neng)(neng)來加熱(re)(re)(re)接(jie)收器(qi)(qi)內傳熱(re)(re)(re)工(gong)質，進(jin)而(er)驅動熱(re)(re)(re)機(ji)-發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)進(jin)行發(fa)(fa)電(dian)(dian)。它能(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)儲(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)或常規火力發(fa)(fa)電(dian)(dian)系(xi)統(tong)有機(ji)結(jie)(jie)(jie)合，從而(er)實(shi)(shi)(shi)現(xian)連續、穩(wen)定的(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)，是(shi)(shi)實(shi)(shi)(shi)現(xian)能(neng)(neng)(neng)(neng)源結(jie)(jie)(jie)構升(sheng)級并助力“碳達(da)峰(feng)、碳中和(he)”目標(biao)實(shi)(shi)(shi)現(xian)的(de)重(zhong)要途(tu)徑。太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)是(shi)(shi)為(wei)(wei)光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)系(xi)統(tong)提(ti)(ti)供(gong)高品質熱(re)(re)(re)源的(de)重(zhong)要光(guang)(guang)(guang)學(xue)裝置，但(dan)由于其(qi)迎風面(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)大和(he)結(jie)(jie)(jie)構質量重(zhong)，服(fu)役過程易(yi)受自重(zhong)和(he)風載荷(he)作(zuo)用(yong)引起結(jie)(jie)(jie)構變(bian)形(xing)，導致反(fan)射(she)鏡面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)形(xing)面(mian)(mian)(mian)(mian)偏離(li)原設計曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)，惡(e)化(hua)其(qi)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)性能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)聚(ju)焦能(neng)(neng)(neng)(neng)流分布品質，由此(ci)引發(fa)(fa)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)系(xi)統(tong)的(de)光(guang)(guang)(guang)-電(dian)(dian)轉(zhuan)換效率(lv)顯著下(xia)(xia)降等(deng)問題(ti)。因(yin)此(ci)，建立考慮載荷(he)作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)鏡面(mian)(mian)(mian)(mian)變(bian)形(xing)的(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)模(mo)型(xing)(xing)（即光(guang)(guang)(guang)-機(ji)集成(cheng)模(mo)型(xing)(xing)），實(shi)(shi)(shi)現(xian)準確預測其(qi)實(shi)(shi)(shi)際服(fu)役載荷(he)下(xia)(xia)的(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)性能(neng)(neng)(neng)(neng)尤其(qi)重(zhong)要，能(neng)(neng)(neng)(neng)為(wei)(wei)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)結(jie)(jie)(jie)構優(you)化(hua)設計與(yu)服(fu)役性能(neng)(neng)(neng)(neng)評價提(ti)(ti)供(gong)基礎。

湖(hu)南科(ke)技大(da)學機電(dian)(dian)工程學院顏健副教授(shou)一直從事太陽(yang)(yang)能(neng)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)集(ji)熱與(yu)(yu)發(fa)電(dian)(dian)技術(shu)、太陽(yang)(yang)能(neng)高(gao)效高(gao)溫吸熱器(qi)(qi)、聚(ju)(ju)光(guang)(guang)器(qi)(qi)結構(gou)(gou)風(feng)(feng)振(zhen)控制與(yu)(yu)性能(neng)保持輕(qing)量化設(she)計(ji)等方面(mian)的(de)(de)科(ke)研工作(zuo)(zuo)。前期開展了單體碟(die)(die)式(shi)機架(jia)和(he)雙機架(jia)群(qun)體干擾的(de)(de)風(feng)(feng)載(zai)(zai)荷(he)(he)分(fen)(fen)布(bu)及繞流特性，形成(cheng)(cheng)了碟(die)(die)式(shi)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)復(fu)雜結構(gou)(gou)的(de)(de)有(you)限元建(jian)模(mo)方法(fa)(fa)，掌(zhang)握了承(cheng)載(zai)(zai)工況下(xia)碟(die)(die)式(shi)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)風(feng)(feng)振(zhen)變(bian)形時(shi)域(yu)響應特性。他作(zuo)(zuo)為核心骨干成(cheng)(cheng)員參(can)與(yu)(yu)完成(cheng)(cheng)了湘(xiang)電(dian)(dian)集(ji)團38 kW大(da)型碟(die)(die)式(shi)/斯(si)特林太陽(yang)(yang)能(neng)光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)研制工作(zuo)(zuo)（碟(die)(die)式(shi)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)器(qi)(qi)直徑達17.7 m，XEM-Dish），全程參(can)與(yu)(yu)了設(she)計(ji)分(fen)(fen)析(xi)、安(an)裝調試、實驗測(ce)試和(he)發(fa)電(dian)(dian)運行等階(jie)段，對載(zai)(zai)荷(he)(he)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)太陽(yang)(yang)能(neng)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)高(gao)效光(guang)(guang)學服役運行有(you)著深入認(ren)識。近年來(lai)，為了解決工程設(she)計(ji)時(shi)載(zai)(zai)荷(he)(he)下(xia)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)(guang)學性能(neng)和(he)能(neng)流分(fen)(fen)布(bu)快速評估，他們(men)提出了一種(zhong)普適簡單的(de)(de)太陽(yang)(yang)能(neng)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)(guang)-機集(ji)成(cheng)(cheng)建(jian)模(mo)方法(fa)(fa)，該方法(fa)(fa)是通(tong)過將反射鏡面(mian)離(li)散成(cheng)(cheng)大(da)量的(de)(de)平面(mian)微(wei)元網(wang)格(ge)來(lai)直接(jie)實現有(you)限元力(li)學分(fen)(fen)析(xi)和(he)光(guang)(guang)學分(fen)(fen)析(xi)的(de)(de)數據統(tong)(tong)一與(yu)(yu)信息(xi)集(ji)成(cheng)(cheng)，適用(yong)于所有(you)的(de)(de)鏡面(mian)反射式(shi)太陽(yang)(yang)能(neng)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)。本文旨(zhi)在介紹這種(zhong)服役載(zai)(zai)荷(he)(he)下(xia)太陽(yang)(yang)能(neng)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)(guang)學性能(neng)評估方法(fa)(fa)，并以碟(die)(die)式(shi)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)為例開展相關研究(jiu)與(yu)(yu)討論。

圖1太陽能碟式/斯特林光(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統的(de)光(guang)-機(ji)-熱-功-電(dian)(dian)集(ji)成(cheng)關系(xi)

1、鏡面光學信息與變形信息集成的平面微元替代方法

聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)反射(she)(she)鏡面(mian)(mian)(mian)是實現太(tai)陽光(guang)(guang)(guang)能聚集(ji)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)功能形面(mian)(mian)(mian)，其任(ren)意點(dian)(dian)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)信(xin)息均由空間坐標和(he)(he)法(fa)線矢(shi)量(liang)(liang)(liang)組成(cheng)，理論而言可采(cai)(cai)用大量(liang)(liang)(liang)平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)來(lai)逼近任(ren)意復(fu)雜(za)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)。如此(ci)，可將聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)反射(she)(she)鏡面(mian)(mian)(mian)離(li)散成(cheng)大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)，并用這些平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)信(xin)息（位(wei)置(zhi)(zhi)矢(shi)量(liang)(liang)(liang)和(he)(he)法(fa)線矢(shi)量(liang)(liang)(liang)）去替(ti)代(dai)整個聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)反射(she)(she)鏡面(mian)(mian)(mian)進行(xing)聚光(guang)(guang)(guang)分(fen)(fen)(fen)(fen)析。這種平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)離(li)散既符(fu)合(he)采(cai)(cai)用光(guang)(guang)(guang)線跟蹤方(fang)(fang)法(fa)進行(xing)聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)光(guang)(guang)(guang)學(xue)分(fen)(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)離(li)散需(xu)求，又完全符(fu)采(cai)(cai)用有(you)限元(yuan)數值方(fang)(fang)法(fa)進行(xing)聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)結構變形分(fen)(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)離(li)散需(xu)求，直接實現了結構變形與光(guang)(guang)(guang)學(xue)分(fen)(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)數據統(tong)一和(he)(he)集(ji)成(cheng)，示意如圖2所示。以拋物碟式聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)反射(she)(she)鏡面(mian)(mian)(mian)離(li)散后任(ren)意的(de)(de)一個四邊形平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)abcd(或(huo)三角(jiao)形平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)abc)為(wei)(wei)(wei)對(dui)象，記為(wei)(wei)(wei)平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)i。服役(yi)載荷作用下聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)結構變形，平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)i的(de)(de)節點(dian)(dian)分(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)運動到點(dian)(dian)位(wei)置(zhi)(zhi)。此(ci)時，平(ping)面(mian)(mian)(mian)微元(yuan)i的(de)(de)幾(ji)何形心點(dian)(dian)p1也變化到點(dian)(dian)pt位(wei)置(zhi)(zhi)。他們的(de)(de)位(wei)置(zhi)(zhi)矢(shi)量(liang)(liang)(liang)和(he)(he)微元(yuan)平(ping)面(mian)(mian)(mian)法(fa)線矢(shi)量(liang)(liang)(liang)即為(wei)(wei)(wei)光(guang)(guang)(guang)學(xue)信(xin)息，然后在結合(he)光(guang)(guang)(guang)線跟蹤方(fang)(fang)法(fa)即可建立聚光(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)模(mo)型，具有(you)簡單和(he)(he)普適的(de)(de)優點(dian)(dian)。

圖2采用平面微(wei)元的光學信(xin)息(xi)和變形信(xin)息(xi)集成示(shi)意圖

2、結構變形后接收器的位姿模型

理想(xiang)情(qing)況(kuang)下，在(zai)腔體(ti)(ti)接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)的(de)(de)接(jie)(jie)收(shou)窗中(zhong)心點F1建(jian)立與接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)固(gu)結的(de)(de)局部坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)F1-x1y1z1，即局部坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)F1-x1y1z1隨接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)一起運動，如圖3所示。服役載荷作(zuo)用(yong)下SDC系(xi)(xi)統結構(gou)變(bian)(bian)形會(hui)(hui)導(dao)致接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)偏離原來(lai)位置，即接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)會(hui)(hui)產生(sheng)幾(ji)何(he)畸變(bian)(bian)和剛(gang)體(ti)(ti)位移(yi)(yi)，但是(shi)由(you)于接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)自身剛(gang)度很(hen)大，所以幾(ji)何(he)畸變(bian)(bian)非常小，在(zai)光(guang)學分析(xi)中(zhong)可忽略(lve)其影響。因此(ci)，可假定(ding)接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)是(shi)剛(gang)體(ti)(ti)，僅考慮給接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)的(de)(de)剛(gang)體(ti)(ti)位移(yi)(yi)影響。當SDC系(xi)(xi)統受(shou)服役載荷作(zuo)用(yong)產生(sheng)結構(gou)變(bian)(bian)形后，接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)的(de)(de)空(kong)間(jian)位姿會(hui)(hui)發生(sheng)變(bian)(bian)化(hua)，相(xiang)應的(de)(de)與接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)固(gu)連的(de)(de)局部坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)也(ye)由(you)F1-x1y1z1變(bian)(bian)化(hua)到Ft-x2y2z2。通過建(jian)立局部坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)Ft-x2y2z2與全局坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)O-xyz之間(jian)的(de)(de)轉(zhuan)換模型(xing)，就(jiu)能確(que)定(ding)接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)的(de)(de)空(kong)間(jian)位姿。

圖(tu)3碟式聚光系統(tong)結構變形前后(hou)接收器的(de)位姿變化示意圖(tu)

3、太陽能聚光系統的光-機集成模擬流程

載荷作(zuo)用下(xia)太陽能(neng)(neng)聚光(guang)系(xi)統的(de)光(guang)-機集成模擬流程(cheng)如圖4所示，它涉及(ji)太陽能(neng)(neng)聚光(guang)系(xi)統的(de)結構變形模擬、光(guang)-機信息集成和光(guang)學模擬等(deng)過程(cheng)。主要步(bu)驟(zou)如下(xia)：

步驟1：在Ansys14.0軟件平(ping)臺建立(li)太陽能聚光系統的(de)結構有限元模型，施加相應(ying)的(de)邊界(jie)條件并求解得到聚光系統的(de)結構變形結果。

步驟2：通過編制APDL程序從Ansys 14.0軟件中(zhong)導出聚光(guang)系統(tong)有限元(yuan)模(mo)型中(zhong)反射鏡面各平面微元(yuan)節點(dian)的空(kong)間坐標(biao)和(he)變(bian)形信息，以(yi)及接收器固結特征點(dian)的空(kong)間坐標(biao)和(he)變(bian)形信息，用于(yu)后續的光(guang)學模(mo)擬。

步(bu)驟3：采用光線跟蹤方法進行(xing)理想工況（結(jie)構(gou)非變(bian)形）下(xia)太陽能聚光系(xi)統的光學(xue)模擬，用于評價本文(wen)中采用平面微元替代復雜曲(qu)面反射鏡進行(xing)光學(xue)分析(xi)的有(you)效(xiao)性，也可對步(bu)驟1中光學(xue)分析(xi)的網格數(shu)量或網格離散尺寸的合理性進行(xing)檢驗。

步驟4：基(ji)于(yu)建立(li)的太(tai)陽(yang)能(neng)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)系(xi)統(tong)光(guang)(guang)(guang)(guang)-機集成模型，在VC++軟件平臺編制光(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)跟蹤程序(xu)代碼，進行服(fu)役載荷作用下太(tai)陽(yang)能(neng)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)系(xi)統(tong)的光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)模擬(ni)，得到接收(shou)器(qi)表面的能(neng)流分布和光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)效率等結果。

步驟5：在Matlab軟件平臺編制相(xiang)應程(cheng)序，分別計算平面(mian)微(wei)元替(ti)代曲(qu)面(mian)反(fan)射鏡產生的(de)原理誤差，以(yi)及聚(ju)光(guang)(guang)系統結構變形導致的(de)光(guang)(guang)學誤差，用于詳細評估載荷(he)作用導致的(de)結構變形對反(fan)射鏡面(mian)光(guang)(guang)學性能的(de)影響(xiang)。

圖4太陽能聚光(guang)(guang)系統(tong)光(guang)(guang)-機集成數值模擬的(de)流程圖

4、碟式聚光系統的光-機集成分析

圖5是XEM-Dish系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)風(feng)荷(he)載(zai)模(mo)擬與承(cheng)載(zai)變(bian)形(xing)求解流程(cheng)，首先在Gambit軟件中建立碟式聚光(guang)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)流域模(mo)型(xing)，并導(dao)入Fluent 6.3軟件中進行風(feng)載(zai)荷(he)的(de)(de)(de)模(mo)擬，獲得聚光(guang)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)表面風(feng)壓(ya)載(zai)荷(he)分(fen)布。而后(hou)，將風(feng)壓(ya)載(zai)荷(he)加(jia)載(zai)到有限(xian)元模(mo)型(xing)，計算聚光(guang)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)承(cheng)載(zai)變(bian)形(xing)分(fen)布，進而處理(li)得到反射(she)鏡(jing)面的(de)(de)(de)光(guang)學信息(xi)并進行光(guang)學分(fen)析(xi)。其中，風(feng)載(zai)荷(he)數(shu)值模(mo)擬時采用Realizable k-ε湍流模(mo)型(xing)；B類地貌，參考高度(du)10 m處的(de)(de)(de)來(lai)流風(feng)速(su)為17.1 m/s，即八級(ji)風(feng)的(de)(de)(de)下限(xian)。

圖5 XEM-Dish系統(tong)的風荷(he)載與承載變形的數值計算(suan)流程(cheng)

4.1 自重載荷(he)作(zuo)用

圖(tu)6是自重(zhong)(zhong)載荷作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)XEM-Dish系統(tong)的(de)(de)(de)鏡(jing)面(mian)斜率(lv)偏差的(de)(de)(de)均(jun)方(fang)根值(zhi)隨其(qi)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)高(gao)(gao)度角(jiao)的(de)(de)(de)變化。SDy隨著工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)高(gao)(gao)度角(jiao)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)而(er)逐漸增(zeng)大，在(zai)(zai)90°高(gao)(gao)度角(jiao)達(da)到(dao)最大值(zhi)。但SDx值(zhi)在(zai)(zai)0°~60°高(gao)(gao)度角(jiao)下(xia)均(jun)在(zai)(zai)0.58 mrad左右(you)。從圖(tu)7的(de)(de)(de)鏡(jing)面(mian)斜率(lv)偏差值(zhi)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)統(tong)計可以(yi)看到(dao)，反射鏡(jing)面(mian)沿x軸(zhou)方(fang)向的(de)(de)(de)斜率(lv)偏差值(zhi)sdx未關(guan)于(yu)(yu)0 mrad對(dui)稱分(fen)(fen)布(bu)，而(er)是整體存在(zai)(zai)一定(ding)的(de)(de)(de)偏移(yi)距離，此(ci)偏移(yi)距離與SDx值(zhi)基本(ben)(ben)相等。例如，在(zai)(zai)0°高(gao)(gao)度角(jiao)時，sdx基本(ben)(ben)關(guan)于(yu)(yu)-0.60 mrad對(dui)稱分(fen)(fen)布(bu)，而(er)此(ci)工(gong)(gong)況的(de)(de)(de)SDx值(zhi)為(wei)(wei)0.61 mrad。由于(yu)(yu)碟式聚光器自身在(zai)(zai)重(zhong)(zhong)力(li)載荷作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)的(de)(de)(de)SDx值(zhi)只有0.218 mrad，可以(yi)認為(wei)(wei)增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)0.392 mrad是由其(qi)它結構的(de)(de)(de)承(cheng)載變形而(er)附加(jia)的(de)(de)(de)剛體位(wei)移(yi)。此(ci)外，反射鏡(jing)面(mian)沿y軸(zhou)方(fang)向的(de)(de)(de)斜率(lv)偏差值(zhi)sdy關(guan)于(yu)(yu)0 mrad對(dui)稱分(fen)(fen)布(bu)，以(yi)及反射鏡(jing)面(mian)的(de)(de)(de)變形關(guan)于(yu)(yu)O-xz平面(mian)對(dui)稱，這些均(jun)符合理(li)論情(qing)況。

圖6自重(zhong)載(zai)荷作用下(xia)XEM-Dish系統中(zhong)反(fan)射鏡面局部(bu)斜率偏(pian)差的均(jun)方根

圖7自重(zhong)載荷作用下XEM-Dish系(xi)統(tong)的變形分(fen)布(bu)(左(zuo))、鏡面斜率偏差(中)及其統(tong)計(ji)分(fen)布(bu)

圖8是在45°和(he)90°典型工作(zuo)高(gao)度角下(xia)焦平(ping)面和(he)吸熱器表面的(de)聚(ju)焦能(neng)流(liu)分布，可以看到兩(liang)者的(de)聚(ju)焦能(neng)流(liu)分布很相似，并(bing)且與理想工況也很接近(jin)。兩(liang)種工況下(xia)的(de)系統(tong)光(guang)學(xue)效率分別是87.29%和(he)87.33%。整體而言，自重載荷對XEM-Dish系統(tong)的(de)光(guang)學(xue)效率和(he)聚(ju)焦能(neng)流(liu)分布的(de)影響(xiang)非常(chang)小。主要(yao)是因為XEM-Dish系統(tong)機架結構的(de)剛度富裕，產生的(de)變形非常(chang)小，焦平(ping)面上(shang)聚(ju)焦光(guang)斑的(de)中心(xin)與接收器的(de)中心(xin)基本重合(he)，未產生明顯偏焦現象(xiang)。

圖8自重載荷作用下(xia)XEM-Dish系統焦平面(左(zuo))和吸熱器(qi)表(biao)面的聚(ju)焦能(neng)流分(fen)布

4.2 自重(zhong)與風載荷(he)的聯合(he)作用

圖(tu)9給出了自重和風(feng)(feng)載荷聯(lian)合作用(yong)下整機模型(xing)中聚光器(qi)鏡面(mian)局部斜率偏差的(de)(de)均方(fang)根值(zhi)。SDx與SDy均會隨著風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)(jiao)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化而(er)(er)改變(bian)(bian)(bian)，在90°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)(jiao)時SDy達到(dao)最(zui)大(da)而(er)(er)SDx達到(dao)最(zui)小，因為(wei)此時碟式(shi)聚光系統的(de)(de)側面(mian)迎風(feng)(feng)，主要(yao)產生沿y軸方(fang)向(xiang)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形和剛體(ti)(ti)旋轉(zhuan)位移。SDx值(zhi)在180°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)(jiao)時達到(dao)最(zui)大(da)，為(wei)7.613 mrad，它(ta)要(yao)明顯大(da)于0°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)(jiao)的(de)(de)3.953 mrad。因為(wei)在聚光器(qi)背(bei)面(mian)迎風(feng)(feng)的(de)(de)180°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)(jiao)時支撐立(li)柱和高(gao)度角(jiao)(jiao)跟蹤機構所承受的(de)(de)傾覆(fu)力矩最(zui)大(da)，所以(yi)聚光器(qi)產生了更大(da)的(de)(de)剛體(ti)(ti)旋轉(zhuan)位移。

圖9自重與風載荷(he)作用下XEM-Dish系統鏡面局部(bu)斜率偏差的均方(fang)根。(a)0°風向角和(b)45°高度角

圖10是(shi)(shi)自重與0°風向角載荷聯合(he)作(zuo)用(yong)下(xia)XEM-Dish系(xi)統(tong)的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)和(he)鏡(jing)面斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)結果。可以(yi)看到(dao)不(bu)同(tong)高(gao)度角下(xia)反射(she)鏡(jing)面的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)分(fen)布(bu)(bu)和(he)斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)分(fen)布(bu)(bu)特征均(jun)不(bu)盡相(xiang)同(tong)，通常(chang)變(bian)形(xing)(xing)最(zui)大(da)的(de)(de)區(qu)(qu)域位于(yu)(yu)(yu)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)邊(bian)緣，但斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)最(zui)大(da)的(de)(de)區(qu)(qu)域并非(fei)如此。例如，XEM-Dish系(xi)統(tong)在0-0°工況的(de)(de)峰值(zhi)變(bian)形(xing)(xing)達到(dao)最(zui)大(da)，是(shi)(shi)107.66 mm，它位于(yu)(yu)(yu)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)頂部(bu)位置。此工況的(de)(de)最(zui)大(da)鏡(jing)面斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)值(zhi)達到(dao)了(le)12.02 mrad，通常(chang)位于(yu)(yu)(yu)輻射(she)梁(liang)上方(fang)的(de)(de)反射(she)鏡(jing)面，而且沿圓(yuan)周方(fang)向基本(ben)(ben)對(dui)稱分(fen)布(bu)(bu)。斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)分(fen)量sdx的(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)與總斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)值(zhi)(PT_angle)的(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)基本(ben)(ben)重合(he)，說明(ming)sdx占充分(fen)的(de)(de)主導地(di)位；而sdy均(jun)基本(ben)(ben)關(guan)于(yu)(yu)(yu)0 mrad對(dui)稱分(fen)布(bu)(bu)且數值(zhi)相(xiang)對(dui)較小，因(yin)(yin)為0°風向角下(xia)碟式聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)系(xi)統(tong)及其(qi)風載荷邊(bian)界均(jun)關(guan)于(yu)(yu)(yu)O-xz平面對(dui)稱，上述對(dui)稱性與理論符(fu)合(he)。斜(xie)(xie)率(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)分(fen)量sdx占主導地(di)位，是(shi)(shi)因(yin)(yin)為在自重和(he)風載荷的(de)(de)聯合(he)作(zuo)用(yong)下(xia)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)產(chan)(chan)生(sheng)了(le)更顯著的(de)(de)剛(gang)體(ti)旋轉(zhuan)位移。也就是(shi)(shi)說聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)和(he)支撐(cheng)桁架一(yi)起產(chan)(chan)生(sheng)了(le)剛(gang)體(ti)運動(dong)，此剛(gang)體(ti)運動(dong)的(de)(de)主要貢獻來(lai)源(yuan)于(yu)(yu)(yu)：其(qi)一(yi)是(shi)(shi)風載荷作(zuo)用(yong)下(xia)支撐(cheng)立柱產(chan)(chan)生(sheng)變(bian)形(xing)(xing)(表現為彎曲變(bian)形(xing)(xing)，相(xiang)當于(yu)(yu)(yu)懸臂梁(liang))，導致安裝在其(qi)頂部(bu)的(de)(de)支撐(cheng)桁架和(he)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)等一(yi)起隨(sui)立柱頂端的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)而整體(ti)運動(dong)；其(qi)二(er)是(shi)(shi)高(gao)度角跟蹤機構在傾(qing)覆力矩的(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)變(bian)形(xing)(xing)，導致支撐(cheng)桁架和(he)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)器(qi)一(yi)起繞高(gao)度角跟蹤軸(zhou)線(xian)產(chan)(chan)生(sheng)剛(gang)體(ti)旋轉(zhuan)運動(dong)。

圖10自重與0°風向(xiang)角載荷(he)作用下XEM-Dish系統的變形分(fen)(fen)布(bu)(左(zuo))、鏡面斜率偏(pian)差(中)及其(qi)統計分(fen)(fen)布(bu)

圖11給出了(le)(le)典型工(gong)況(kuang)下XEM-Dish系(xi)(xi)(xi)統(tong)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)平(ping)(ping)面(mian)和吸(xi)熱器(qi)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)能(neng)流(liu)分(fen)布。可以(yi)看到(dao)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)平(ping)(ping)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)斑都(dou)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)同程度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)偏焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)問題，即(ji)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)斑的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)心偏離了(le)(le)接(jie)收窗(chuang)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)心。而且(qie)吸(xi)熱器(qi)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)流(liu)分(fen)布也(ye)(ye)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)同程度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)非均勻問題，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)(zai)(zai)45°-180°工(gong)況(kuang)下吸(xi)熱器(qi)表(biao)面(mian)基本只有一側(ce)能(neng)接(jie)收到(dao)太陽(yang)輻射能(neng)量(liang)，表(biao)現出極其(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)均勻分(fen)布特征，且(qie)也(ye)(ye)導致了(le)(le)峰值能(neng)流(liu)密(mi)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加。這對吸(xi)熱器(qi)和斯特林熱機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)而言都(dou)非常不(bu)利(li)，如(ru)果不(bu)采用任(ren)何改善措施(shi)則(ze)此(ci)工(gong)況(kuang)XEM-Dish系(xi)(xi)(xi)統(tong)應該(gai)停機(ji)避險。盡管(guan)在(zai)(zai)(zai)八級風作用XEM-Dish系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)能(neng)流(liu)分(fen)布不(bu)盡人意，但是(shi)其(qi)光(guang)(guang)學(xue)(xue)效率(lv)和直接(jie)有用能(neng)比例均較為優異，它(ta)們分(fen)別保持(chi)在(zai)(zai)(zai)87.0%左右和73.0%左右。從光(guang)(guang)學(xue)(xue)攔截(jie)效率(lv)來看，其(qi)中(zhong)最差的(de)(de)(de)(de)(de)0°-0°工(gong)況(kuang)也(ye)(ye)能(neng)在(zai)(zai)(zai)200 mm攔截(jie)半徑下實現98.16%的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)(xue)攔截(jie)效率(lv)。

圖11自重和(he)風載荷聯合作用下(xia)XEM-Dish系統的焦(jiao)平(ping)面(左)和(he)吸熱(re)器(qi)表面的能流分布

5、總結

提出的(de)(de)一種考慮載荷作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)碟式(shi)(shi)聚光(guang)系統(tong)(tong)結(jie)構變形影響的(de)(de)光(guang)-機集(ji)成建(jian)模方(fang)法(fa)，可以(yi)用(yong)(yong)于詳細預測和(he)評(ping)估載荷作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)碟式(shi)(shi)聚光(guang)系統(tong)(tong)的(de)(de)光(guang)學性(xing)能(neng)和(he)能(neng)流(liu)(liu)分布(bu)，該方(fang)法(fa)具(ju)有(you)普適和(he)簡單的(de)(de)優點，適用(yong)(yong)于所(suo)有(you)的(de)(de)鏡面(mian)反射式(shi)(shi)太(tai)陽能(neng)聚光(guang)系統(tong)(tong)。以(yi)XEM-Dish系統(tong)(tong)為研究(jiu)對象(xiang)，建(jian)立了(le)(le)XEM-Dish系統(tong)(tong)的(de)(de)光(guang)機集(ji)成模型，深入(ru)研究(jiu)了(le)(le)XEM-Dish系統(tong)(tong)(整機結(jie)構)在自重、自重和(he)風載荷(風速為17.1 m/s)聯合作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)承載變形分布(bu)、鏡面(mian)斜率偏(pian)差分布(bu)和(he)聚焦(jiao)能(neng)流(liu)(liu)分布(bu)等規律，揭示(shi)了(le)(le)載荷作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)XEM-Dish系統(tong)(tong)光(guang)學性(xing)能(neng)惡化的(de)(de)主要(yao)形式(shi)(shi)—即類似于跟蹤(zong)誤(wu)差的(de)(de)偏(pian)焦(jiao)現象(xiang)。

團隊接下來的工(gong)作(zuo)：提出(chu)的光(guang)(guang)-機(ji)集成建模方法適用于采(cai)用反射鏡面進行聚光(guang)(guang)的任(ren)何太(tai)陽能聚光(guang)(guang)系統(tong)，這也包括商業應用的拋物(wu)槽(cao)式聚光(guang)(guang)器(qi)和塔式定(ding)日鏡等，團隊正在(zai)將采(cai)用該(gai)方法詳細評估載荷作(zuo)用下上述商業太(tai)陽能聚光(guang)(guang)系統(tong)的光(guang)(guang)學(xue)性能，并為(wei)其結構輕量化設計(ji)提供基礎。

注：本文介(jie)紹的學(xue)術(shu)成(cheng)果(guo)部(bu)分已經發表，部(bu)分還處于(yu)整理發表過程。上述成(cheng)果(guo)介(jie)紹僅用(yong)于(yu)學(xue)術(shu)交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)，歡迎(ying)各位同仁和企業界朋友交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)指導【如需技術(shu)交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)，歡迎(ying)添加微信：yanjianZL】。論文主(zhu)要作者為：顏健，彭佑多，劉永祥。

作者簡介

顏健(jian)，工學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)博士(shi)，湖(hu)(hu)南(nan)科(ke)技(ji)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)機電工程(cheng)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院（未(wei)來(lai)技(ji)術學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院），副(fu)教(jiao)授(shou)，碩(shuo)士(shi)研(yan)(yan)究(jiu)生導師。2018年(nian)畢業(ye)于湖(hu)(hu)南(nan)科(ke)技(ji)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)機械工程(cheng)專業(ye)，湖(hu)(hu)南(nan)省(sheng)優秀博士(shi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)位(wei)論(lun)文(wen)獲(huo)得者，“全國高(gao)校黃(huang)大(da)(da)(da)年(nian)式教(jiao)師團(tuan)隊”青年(nian)骨干成(cheng)員，湖(hu)(hu)南(nan)省(sheng)科(ke)技(ji)創新團(tuan)隊(資源(yuan)開發裝(zhuang)備設計(ji)理論(lun)與(yu)關(guan)鍵技(ji)術創新團(tuan)隊)青年(nian)骨干成(cheng)員，第八屆(jie)中國研(yan)(yan)究(jiu)生能源(yuan)裝(zhuang)備創新設計(ji)大(da)(da)(da)賽優秀指導教(jiao)師。一直從事(shi)太陽(yang)(yang)能聚(ju)光集熱與(yu)發電技(ji)術、太陽(yang)(yang)能高(gao)效高(gao)溫吸熱器(qi)、聚(ju)光器(qi)結構風(feng)振控制與(yu)性(xing)能保(bao)持(chi)輕量化設計(ji)等方面的科(ke)研(yan)(yan)工作。近(jin)年(nian)來(lai)，主(zhu)持(chi)國家自然科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基(ji)(ji)金青年(nian)項(xiang)(xiang)目1項(xiang)(xiang)、湖(hu)(hu)南(nan)省(sheng)自然科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基(ji)(ji)金青年(nian)項(xiang)(xiang)目1項(xiang)(xiang)和(he)教(jiao)育廳科(ke)研(yan)(yan)項(xiang)(xiang)目1項(xiang)(xiang)；作為(wei)科(ke)研(yan)(yan)骨干參與(yu)國家自然科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基(ji)(ji)金面上項(xiang)(xiang)目2項(xiang)(xiang)、湖(hu)(hu)南(nan)省(sheng)戰略性(xing)新型產業(ye)重大(da)(da)(da)科(ke)技(ji)攻關(guan)和(he)湖(hu)(hu)南(nan)省(sheng)自然科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)省(sheng)市聯合基(ji)(ji)金重點等省(sheng)部級和(he)企業(ye)橫向項(xiang)(xiang)目6項(xiang)(xiang)；發表太陽(yang)(yang)能聚(ju)光熱利用相(xiang)關(guan)SCI/EI學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)術論(lun)文(wen)30余(yu)篇，授(shou)權國家發明專利15項(xiang)(xiang)。