碟式太阳能聚光器风载的仿真研究

【摘要】：碟式太阳能聚光器是聚光太阳能热发电系统中重要的设备之一，其风载荷是太阳能聚光器结构所承受的最主要载荷，它不但影响聚光器的结构强度，还会引起反射面和支架变形，严重影响聚光器的精度。因此，对于聚光太阳能发电系统中太阳能聚光器在各种风力载荷下的工作状态及提高其抗风能力的研究，已成为聚光器载荷分析的重要环节之一。 碟式太阳能聚光器的结构比较特殊，迎风面一般为可旋转的碟状板，属于非流线型结构，对风作用的敏感性很强。对风载荷研究的方法主要包括风洞实验和计算风工程等方法。随着计算机和计算流体动力学的发展，计算风工程已逐步取代风洞实验成为一种更加有效、准确的方法。本文运用计算风工程的原理及数值仿真方法，分析了风载荷对聚光器的影响。 （1）本文针对碟式太阳能聚光器，阐述了空气动力学特性及数值仿真的基本理论知识。对于聚光器周围风场数值模拟所涉及到的网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选择、求解参数的设置等问题进行了深入研究。 （2）基于CFD仿真分析软件，建立了单个碟式太阳能聚光器有限元风载分析模型，计算了太阳能聚光器结构的风力系数和风力矩系数以及聚光器风场分布。重点研究了不同高度角和方位角时风力系数和风力矩系数的变化情况，分析了间隙大小对风力系数和风力矩系数的影响，最后讨论了聚光器模型转轴位置不同时的受力情况。 （3）以两个聚光器最典型的前后串联径向布置为例，计算得到聚光器之间不相互遮阳的最小间距，并在此工况下进行仿真计算，获得了在受到干扰的情况下聚光器周围风场的分布和风载系数的变化，得出了径向排列聚光器之间风载干扰因子的变化规律。 【关键词】：碟式太阳能聚光器 数值仿真 风力系数 风力矩系数 干扰因子
【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10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-15
• 1.2 碟式太阳能发电技术的国内外研究现状15-19
• 1.2.1 国外主要碟式太阳能发电技术研究现状15-18
• 1.2.2 国内碟式太阳能发电技术研究现状18-19
• 1.3 计算风工程的国内外研究现状19-20
• 1.4 碟式太阳能聚光器受风影响国内外研究现状20-21
• 1.5 本文研究的主要内容21-22
• 第2章 风的流动特性22-29
• 2.1 风速的组成22
• 2.2 平均风速剖面22-24
• 2.3 湍流的主要属性24-25
• 2.3.1 湍流强度24
• 2.3.2 湍流积分尺度24-25
• 2.3.3 阵风系数25
• 2.4 风载荷的定义25-27
• 2.5 风绕碟式太阳能聚光器的流动规律27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 风载的数值仿真基础29-37
• 3.1 流体力学的基本方程29-30
• 3.2 湍流的数值模拟方法30-33
• 3.2.1 直接数值模拟31
• 3.2.2 大涡模拟31
• 3.2.3 Reynolds 平均法31-33
• 3.3 湍流近壁面边界层的处理方法33-35
• 3.3.1 近壁区流动的特点33-34
• 3.3.2 近壁区模型34-35
• 3.4 网格的离散方法35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 单个聚光器风载的数值建模与仿真分析37-50
• 4.1 太阳能聚光器风载的数值建模37-40
• 4.1.1 聚光器物理模型37-38
• 4.1.2 聚光器网格划分38
• 4.1.3 数值仿真参数的设置38-40
• 4.2 仿真结果分析40-48
• 4.2.1 碟式太阳能聚光器的风力系数40-41
• 4.2.2 不同角度时聚光器的风力系数41-45
• 4.2.3 间隙对聚光器风载的影响45-47
• 4.2.4 转轴位置对聚光器风载的影响47-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第5章 聚光器相互干扰效应的数值分析50-55
• 5.1 聚光器群的排列方案50-51
• 5.2 干扰效应量化51
• 5.3 数值建模51-52
• 5.4 仿真结果分析52-54
• 5.4.1 流场干扰52-53
• 5.4.2 不同高度角时风载系数干扰53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-56
• 6.1 全文总结55
• 6.2 工作展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文61

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