碟式太阳能热发电系统聚光器空气动力载荷特性研究分析

【摘要】：随着社会的发展，能源和环境问题不断加剧，发展新能源技术是当今刻不容缓所需解决的紧迫问题。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的绿色能源，是未来新能源的主要发展对象之一。碟式太阳能热发电技术以其高效、使用灵活等优点日益受到市场的青睐。但外部气候条件对碟式太阳能热发电系统的安全性影响巨大，尤其是尺寸较大呈碟状的聚光器对外部气候条件最为敏感。研究风对聚光器的扰动作用是聚光器可靠性设计中非常关键的一步。如何探究聚光器在不同风荷载下的气动载荷特性，以及如何获得聚光器最佳避风姿势，保证碟式太阳能热发电系统安全运转是亟待解决的难题。因此，研究碟式太阳能热发电系统聚光器的空气动力载荷特性是非常必要的。 为此，本论文以可再生能源电力技术项目―大功率碟式太阳能热发电系统聚光器的空气动力载荷分析与优化‖为依托，采用理论计算标准算法、数值仿真方法、空气动力载荷理论等相结合的方法对碟式太阳能热发电系统聚光器不同风速条件和不同方位角与高度角下的空气动力载荷特性进行相应研究，论文主要创新点和研究工作如下： (1)采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器流场进行了仿真解析，揭示了恒风速下碟式太阳能聚光器在不同方位角和高度角流场变化规律，为不同恒风速下碟式太阳能聚光器安全设计提供了理论依据。 (2)采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器气动载荷进行了仿真分析，揭示了不同恒风速下不同方位角和高度角时碟式太阳能聚光器受力和力矩的变化规律，为碟式太阳能聚光器的最佳避风姿势的确定提供参考依据。 (3)对碟式太阳能聚光器流体域进行渐变风条件设置，并对渐变风条件下聚光器方位角α=0°和高度角β=0°时流体域流速变化和碟式太阳能聚光器反射面压强变化进行了虚拟风洞仿真实验研究，获得了渐变风下聚光器流体域流速及其反射面压强、力以及力矩的变化规律，对碟式太阳能聚光器安全设计与稳定工作的姿势设计具有较重要的指导意义。 【关键词】：聚光器 虚拟风洞实验 流场 载荷特性 避风姿势
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.2 太阳能热发电技术的发展及研究现状11-13
• 1.3 碟式太阳能热发电系统的发展及研究现状13-16
• 1.4 聚光器气动载荷特性研究现状16-17
• 1.5 主要内容与论文框架17-19
• 第2章 空气动力学基础理论19-26
• 2.1 空气动力学基本分类19-20
• 2.2 流体运动研究方法20-21
• 2.2.1 统计物理方法20-21
• 2.2.2 基于连续介质假设方法21
• 2.3 虚拟风洞实验简介21-22
• 2.4 Star-ccm+简介22-23
• 2.5 数学描述23-25
• 2.5.1 流体控制方程23-24
• 2.5.2 固体控制方程24
• 2.5.3 流固耦合方程24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 恒风速下碟式太阳能聚光器流场分析26-40
• 3.1 碟式太阳能热发电系统聚光器模型建立与参数设置26-29
• 3.1.1 系统建模与网格划分26-27
• 3.1.2 模型条件与求解参数设置27-29
• 3.2 恒风速下聚光器流速分布仿真分析29-35
• 3.2.1 恒风速下聚光器流速分布随高度角变化规律29-32
• 3.2.2 恒风速下聚光器流速分布随方位角变化规律32-35
• 3.3 聚光器恒风速下压强分布仿真分析35-38
• 3.3.1 恒风速下聚光器压强分布随高度角变化规律35-36
• 3.3.2 恒风速下聚光器压强分布随方位角变化规律36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 不同恒风速下碟式太阳能聚光器气动载荷研究40-51
• 4.1 碟式太阳能聚光器气动载荷数学模型40-41
• 4.2 聚光器所受风力随高度角和方位角的变化规律41-45
• 4.3 聚光器所受风力矩随高度角和方位角的变化规律45-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 渐变风下碟式太阳能聚光器气动载荷研究51-57
• 5.1 渐变风下聚光器仿真参数设置51
• 5.2 渐变风对聚光器受力影响分析51-53
• 5.3 风速变化率对聚光器受力影响分析53-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论与展望57-59
• 参考文献59-63
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文和从事课题63-64
• 致谢64

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