双轴追踪太阳能光热发电系统镜架结构选型及受力性能研究

【摘要】：传统能源储备的日趋减少、环境污染的加剧和人们对于新型能源的较大需求,极大地刺激了太阳能光热发电技术的研究和发展。双轴追踪太阳能光热发电系统是一种新型的太阳能光热发电系统,利用改进的双轴即时跟踪装置实现对太阳的高效追踪,使太阳光在任何时候均与定日镜中心轴线保持平行,从而提高了光利用率和发电效率。该系统需要利用大体量的可移动支承塔架和可滑动支承镜架实现系统即时追踪功能,合理经济的支承塔架是该新型系统得以实现和进行市场推广的关键。目前,国内外对这种支承塔架的研究尚处于空白阶段,本文对双轴追踪太阳能光热发电系统支承结构设计和受力性能进行了研究,具体工作如下： 首先,介绍了太阳能发电技术应用现状,明确了太阳能发电的分类和太阳能光热发电支承塔架的研究及应用状况。对于双轴追踪太阳能光热发电系统,在系统的论述了其工作原理、支承结构特点和工作要求的基础上,明确了其支承塔架的结构设计要求和结构设计要点,确定了风荷载是支承塔架设计的控制荷载,并结合已有可动式结构的设计理论,对可滑移镜架的结构选型进行了详细分析。 其次,针对结构外形特点设置合适的计算域,对计算域采用内外域划分,分别进行网格离散以减少计算量和提高计算精度。运用风洞数值模拟理论,采用realizable k-e湍流模型对定日镜进行了平均风的数值风洞模拟,得到了定日镜表面风压分布规律及多个风向角下的定日镜体型系数。 再次,运用随机振动研究的理论,并采用合适的风致振动的研究方法,结合优化后的定日镜支承结构,进行了结构的抗风性能研究。对定日镜支承结构进行了模态分析,确定了结构的自振特性；采用davenport风速谱对定日镜支承结构进行了功率谱分析。通过定日镜支承结构在静力风荷载和动力风荷载作用下响应的比较,明确了风致动力对支承结构的影响程度,并以此为基础确定了整体风振系数。 最后,根据工程设计要求,并结合双轴追踪太阳能光热发电系统支承结构设计要点和可滑移镜架的受力性能研究,提出了中试工程的结构方案和定日镜支承结构的选型和设计。 【关键词】：双轴追踪太阳能光热发电系统 光热发电 CFD模拟 结构选型 结构抗风
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太阳能发电发展历史及现状12-15
• 1.2.1 太阳能发电发展背景-能源及环境现状12-14
• 1.2.2 太阳能发电发展现状14-15
• 1.3 太阳能发电分类15-19
• 1.3.1 太阳能光伏发电15-16
• 1.3.2 太阳能光热发电16-19
• 1.4 双轴追踪太阳能光热发电系统19-21
• 1.5 本文研究的意义及主要工作21-23
• 2 双轴追踪太阳能光热发电系统结构设计要点论述23-35
• 2.1 双轴追踪太阳能光热发电系统支承结构特点23-24
• 2.2 双轴追踪太阳能光热发电系统设计关键问题24-27
• 2.2.1 结构的设计荷载25
• 2.2.2 结构选型25-26
• 2.2.3 走行部设计26-27
• 2.2.4 整体抗倾覆问题27
• 2.3 系统定日镜支承结构选型及优化27-31
• 2.3.1 定日镜支承结构选型27-29
• 2.3.2 定日镜支承结构优化29-31
• 2.4 模块化设计时镜架约束条件的设置31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 基于数值风洞技术的定日镜风荷载体型系数分析35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 计算流体动力学基础理论35-38
• 3.2.1 流体动力学的控制方程35-36
• 3.2.2 湍流的数值模拟36-38
• 3.3 定日镜风荷载体型系数数值风洞模拟研究38-41
• 3.3.1 计算域设置38
• 3.3.2 网格划分和计算域划分38-40
• 3.3.3 湍流模型及边界条件40-41
• 3.3.4 求解方法和收敛控制41
• 3.4 计算结果分析41-47
• 3.4.1 0°风向角计算结果分析42-43
• 3.4.2 30°风向角计算结果分析43-47
• 3.4.3 180°风向角计算结果分析47
• 3.5 本章结论47-48
• 4 定日镜支承结构基于PSD的风振响应分析48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 风致振动响应的研究方法48-49
• 4.3 随机振动理论概述49-52
• 4.4 定日镜支承结构随机风振响应分析52-57
• 4.4.1 自振特性分析52-55
• 4.4.2 结构风振系数分析55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 双轴追踪太阳能光热发电系统中试工程结构方案及镜架结构设计58-63
• 5.1 工程背景及拟采用结构方案58-59
• 5.2 定日镜背板支承结构设计59-62
• 5.3 本章小结62-63
• 6 结论与展望63-65
• 6.1 结论63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 作者简历68-70
• 学位论文数据集70

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