国产精品视频一区二区三区无码,国产午夜精品无码,午夜天堂一区人妻,无遮挡色视频免费观看,中文字幕久热精品视频在线

聚光(guang)(guang)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)熱發電(dian)(dian)技(ji)術是(shi)采用(yong)(yong)大面(mian)(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)反(fan)射鏡(jing)面(mian)(mian)(稱之為太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)聚光(guang)(guang)器(qi)(qi))將低密度太陽(yang)(yang)輻射能(neng)(neng)(neng)聚集到小面(mian)(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)收器(qi)(qi)上，形(xing)(xing)成高(gao)密度輻射能(neng)(neng)(neng)來加熱接(jie)(jie)收器(qi)(qi)內傳熱工質(zhi)(zhi)(zhi)，進而驅動熱機(ji)-發電(dian)(dian)機(ji)組進行發電(dian)(dian)。它能(neng)(neng)(neng)與(yu)儲熱系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)或常(chang)規火力發電(dian)(dian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)有機(ji)結(jie)(jie)合，從而實(shi)現連續、穩定的(de)(de)(de)(de)發電(dian)(dian)，是(shi)實(shi)現能(neng)(neng)(neng)源(yuan)結(jie)(jie)構升級(ji)并(bing)助力“碳達峰(feng)、碳中和”目標實(shi)現的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)途徑。太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)聚光(guang)(guang)器(qi)(qi)是(shi)為光(guang)(guang)熱發電(dian)(dian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)提供高(gao)品(pin)質(zhi)(zhi)(zhi)熱源(yuan)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)光(guang)(guang)學(xue)裝置，但(dan)由于其(qi)迎風面(mian)(mian)積(ji)(ji)大和結(jie)(jie)構質(zhi)(zhi)(zhi)量重(zhong)(zhong)，服役過程易受自(zi)重(zhong)(zhong)和風載(zai)荷作(zuo)用(yong)(yong)引(yin)起結(jie)(jie)構變(bian)形(xing)(xing)，導致反(fan)射鏡(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)形(xing)(xing)面(mian)(mian)偏離原設(she)計(ji)曲面(mian)(mian)，惡化其(qi)聚光(guang)(guang)性能(neng)(neng)(neng)和聚焦能(neng)(neng)(neng)流分布品(pin)質(zhi)(zhi)(zhi)，由此(ci)引(yin)發聚光(guang)(guang)熱發電(dian)(dian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)-電(dian)(dian)轉換效率顯著下降等問題。因此(ci)，建立考慮載(zai)荷作(zuo)用(yong)(yong)下聚光(guang)(guang)器(qi)(qi)鏡(jing)面(mian)(mian)變(bian)形(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)模型（即光(guang)(guang)-機(ji)集成模型），實(shi)現準確預(yu)測(ce)其(qi)實(shi)際服役載(zai)荷下的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)性能(neng)(neng)(neng)尤其(qi)重(zhong)(zhong)要(yao)，能(neng)(neng)(neng)為聚光(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構優化設(she)計(ji)與(yu)服役性能(neng)(neng)(neng)評價提供基礎。

湖南科技大(da)學(xue)(xue)機(ji)電工程(cheng)學(xue)(xue)院顏健副教授一直從事太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)集熱與發電技術、太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)高(gao)(gao)效高(gao)(gao)溫吸熱器、聚(ju)光(guang)(guang)器結(jie)構風(feng)振控制(zhi)與性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)保持輕量化設計等方面(mian)的(de)科研工作(zuo)。前(qian)期開展了(le)單體碟(die)式(shi)(shi)機(ji)架和雙機(ji)架群體干(gan)擾的(de)風(feng)載(zai)荷分(fen)布(bu)及繞流特(te)性(xing)(xing)(xing)，形(xing)成(cheng)了(le)碟(die)式(shi)(shi)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)復雜結(jie)構的(de)有限元(yuan)建模方法(fa)(fa)，掌(zhang)握了(le)承載(zai)工況下(xia)碟(die)式(shi)(shi)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)風(feng)振變形(xing)時域(yu)響應特(te)性(xing)(xing)(xing)。他作(zuo)為(wei)核(he)心骨干(gan)成(cheng)員(yuan)參(can)與完成(cheng)了(le)湘電集團38 kW大(da)型碟(die)式(shi)(shi)/斯(si)特(te)林太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)光(guang)(guang)熱發電系(xi)(xi)統(tong)(tong)研制(zhi)工作(zuo)（碟(die)式(shi)(shi)聚(ju)光(guang)(guang)器直徑(jing)達17.7 m，XEM-Dish），全程(cheng)參(can)與了(le)設計分(fen)析、安裝調(diao)試(shi)、實驗測試(shi)和發電運行等階段，對載(zai)荷作(zuo)用(yong)下(xia)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)高(gao)(gao)效光(guang)(guang)學(xue)(xue)服役運行有著深入認識。近(jin)年(nian)來(lai)，為(wei)了(le)解決工程(cheng)設計時載(zai)荷下(xia)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)(guang)學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)和能(neng)(neng)(neng)流分(fen)布(bu)快速評(ping)估，他們提出了(le)一種(zhong)普適簡(jian)單的(de)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)(guang)-機(ji)集成(cheng)建模方法(fa)(fa)，該方法(fa)(fa)是通過(guo)將(jiang)反射(she)鏡面(mian)離(li)散(san)成(cheng)大(da)量的(de)平面(mian)微元(yuan)網格來(lai)直接實現有限元(yuan)力學(xue)(xue)分(fen)析和光(guang)(guang)學(xue)(xue)分(fen)析的(de)數據統(tong)(tong)一與信(xin)息集成(cheng)，適用(yong)于所有的(de)鏡面(mian)反射(she)式(shi)(shi)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)。本文旨在介紹這種(zhong)服役載(zai)荷下(xia)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)(guang)學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)評(ping)估方法(fa)(fa)，并(bing)以(yi)碟(die)式(shi)(shi)聚(ju)光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)為(wei)例開展相關研究與討論。

圖1太陽(yang)能碟式(shi)/斯特林光熱發電系統(tong)的光-機-熱-功-電集成關系

1、鏡面光學信息與變形信息集成的平面微元替代方法

聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器反射(she)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)是實(shi)(shi)現(xian)太陽光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)能聚(ju)集(ji)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)功能形(xing)(xing)(xing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)，其(qi)任(ren)(ren)意點(dian)(dian)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)信(xin)息(xi)(xi)(xi)均(jun)由(you)空(kong)間坐標和法(fa)線(xian)矢(shi)量(liang)(liang)組成(cheng)，理論(lun)而言可采用(yong)(yong)(yong)大量(liang)(liang)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)來逼近任(ren)(ren)意復雜曲面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。如此(ci)，可將聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器反射(she)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)離(li)散成(cheng)大量(liang)(liang)的(de)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)，并用(yong)(yong)(yong)這(zhe)些平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)信(xin)息(xi)(xi)(xi)（位(wei)置(zhi)矢(shi)量(liang)(liang)和法(fa)線(xian)矢(shi)量(liang)(liang)）去替(ti)代(dai)整個(ge)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器反射(she)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)分(fen)析。這(zhe)種平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)離(li)散既符合采用(yong)(yong)(yong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)跟蹤(zong)方法(fa)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)分(fen)析的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)離(li)散需求(qiu)，又完(wan)全符采用(yong)(yong)(yong)有限元(yuan)(yuan)數(shu)值方法(fa)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器結構變(bian)形(xing)(xing)(xing)分(fen)析的(de)離(li)散需求(qiu)，直接實(shi)(shi)現(xian)了結構變(bian)形(xing)(xing)(xing)與(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)分(fen)析的(de)數(shu)據統(tong)一和集(ji)成(cheng)，示(shi)意如圖2所示(shi)。以(yi)拋物碟式聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器反射(she)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)離(li)散后(hou)任(ren)(ren)意的(de)一個(ge)四邊(bian)形(xing)(xing)(xing)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)abcd(或三角形(xing)(xing)(xing)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)abc)為(wei)對象，記為(wei)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)i。服役(yi)載荷作用(yong)(yong)(yong)下聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器結構變(bian)形(xing)(xing)(xing)，平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)i的(de)節點(dian)(dian)分(fen)別運動到(dao)(dao)點(dian)(dian)位(wei)置(zhi)。此(ci)時，平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)i的(de)幾何(he)形(xing)(xing)(xing)心點(dian)(dian)p1也變(bian)化到(dao)(dao)點(dian)(dian)pt位(wei)置(zhi)。他們的(de)位(wei)置(zhi)矢(shi)量(liang)(liang)和微(wei)(wei)(wei)元(yuan)(yuan)平(ping)(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)法(fa)線(xian)矢(shi)量(liang)(liang)即為(wei)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)信(xin)息(xi)(xi)(xi)，然(ran)后(hou)在結合光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)跟蹤(zong)方法(fa)即可建立聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)模型，具有簡單和普(pu)適的(de)優點(dian)(dian)。

圖(tu)2采用平面微元的(de)光(guang)學信(xin)息和變形信(xin)息集成示意圖(tu)

2、結構變形后接收器的位姿模型

理想情況下，在(zai)腔體接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)的(de)接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)窗(chuang)中心(xin)點F1建立與接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)固(gu)結的(de)局(ju)部坐(zuo)(zuo)標系(xi)F1-x1y1z1，即局(ju)部坐(zuo)(zuo)標系(xi)F1-x1y1z1隨接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)一起運動，如圖3所示。服役載荷作用下SDC系(xi)統結構變(bian)(bian)(bian)形會導致接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)偏離原(yuan)來位(wei)置(zhi)，即接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)會產生幾(ji)何(he)畸變(bian)(bian)(bian)和(he)剛(gang)體位(wei)移(yi)，但是由(you)于接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)自(zi)身(shen)剛(gang)度很大，所以幾(ji)何(he)畸變(bian)(bian)(bian)非常小(xiao)，在(zai)光學分析中可(ke)忽略(lve)其影響。因(yin)此，可(ke)假定接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)是剛(gang)體，僅考慮給接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)的(de)剛(gang)體位(wei)移(yi)影響。當SDC系(xi)統受服役載荷作用產生結構變(bian)(bian)(bian)形后(hou)，接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)的(de)空間位(wei)姿會發生變(bian)(bian)(bian)化，相應的(de)與接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)固(gu)連的(de)局(ju)部坐(zuo)(zuo)標系(xi)也由(you)F1-x1y1z1變(bian)(bian)(bian)化到(dao)Ft-x2y2z2。通(tong)過建立局(ju)部坐(zuo)(zuo)標系(xi)Ft-x2y2z2與全局(ju)坐(zuo)(zuo)標系(xi)O-xyz之間的(de)轉換模型，就能確定接(jie)收(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)(shou)器(qi)(qi)的(de)空間位(wei)姿。

圖(tu)(tu)3碟式聚光系(xi)統結(jie)構變形前后接(jie)收器的位姿變化示意圖(tu)(tu)

3、太陽能聚光系統的光-機集成模擬流程

載荷作用下(xia)太陽(yang)能聚光(guang)系統(tong)的光(guang)-機集(ji)成模擬流程如圖4所示(shi)，它涉及太陽(yang)能聚光(guang)系統(tong)的結(jie)構變形模擬、光(guang)-機信息集(ji)成和光(guang)學模擬等過程。主要(yao)步驟如下(xia)：

步驟1：在Ansys14.0軟件平臺建(jian)立太陽能聚光系(xi)統的結(jie)構有限元(yuan)模型，施加相應的邊界條件并求(qiu)解得到聚光系(xi)統的結(jie)構變形結(jie)果。

步驟2：通(tong)過編制(zhi)APDL程序從Ansys 14.0軟件中導出聚光(guang)系(xi)統(tong)有限元模(mo)型中反射(she)鏡面(mian)各平面(mian)微元節點(dian)的(de)空(kong)間坐標和(he)變(bian)形(xing)信息(xi)，以(yi)及接收器(qi)固結特征(zheng)點(dian)的(de)空(kong)間坐標和(he)變(bian)形(xing)信息(xi)，用于(yu)后續的(de)光(guang)學(xue)模(mo)擬。

步驟3：采(cai)用光(guang)線跟(gen)蹤方法進行理想工(gong)況（結構非變形(xing)）下太陽能聚光(guang)系統的(de)光(guang)學(xue)模擬，用于評價本文中采(cai)用平面微元替代復雜曲面反射鏡進行光(guang)學(xue)分析的(de)有效性，也(ye)可對步驟1中光(guang)學(xue)分析的(de)網格數量(liang)或網格離散尺(chi)寸的(de)合理性進行檢驗。

步驟4：基于建立的(de)太陽(yang)能(neng)聚光系統光-機集成模(mo)型，在VC++軟件(jian)平臺編制光線跟蹤程序代碼，進行服役載荷作用下太陽(yang)能(neng)聚光系統的(de)光學(xue)(xue)模(mo)擬，得到接收器表面的(de)能(neng)流分布和光學(xue)(xue)效率等結果。

步驟5：在Matlab軟(ruan)件(jian)平臺編(bian)制相應(ying)程(cheng)序，分別計算平面(mian)微元替代曲面(mian)反射鏡產生的(de)原理誤(wu)(wu)差(cha)，以及聚光系統(tong)結構變形(xing)導致(zhi)的(de)光學誤(wu)(wu)差(cha)，用(yong)于詳細評估載(zai)荷作用(yong)導致(zhi)的(de)結構變形(xing)對反射鏡面(mian)光學性能(neng)的(de)影響。

圖(tu)4太陽(yang)能聚光系統光-機集成數值模擬(ni)的流程圖(tu)

4、碟式聚光系統的光-機集成分析

圖5是XEM-Dish系統(tong)的風(feng)(feng)荷(he)(he)(he)載(zai)(zai)(zai)(zai)模(mo)擬與承載(zai)(zai)(zai)(zai)變形求解流(liu)程，首先在(zai)Gambit軟件中建立碟式聚光(guang)(guang)系統(tong)的流(liu)域模(mo)型，并導入Fluent 6.3軟件中進行風(feng)(feng)載(zai)(zai)(zai)(zai)荷(he)(he)(he)的模(mo)擬，獲得聚光(guang)(guang)系統(tong)的表面風(feng)(feng)壓載(zai)(zai)(zai)(zai)荷(he)(he)(he)分布。而(er)(er)后，將風(feng)(feng)壓載(zai)(zai)(zai)(zai)荷(he)(he)(he)加(jia)載(zai)(zai)(zai)(zai)到有(you)限元模(mo)型，計(ji)算(suan)聚光(guang)(guang)系統(tong)的承載(zai)(zai)(zai)(zai)變形分布，進而(er)(er)處(chu)理得到反射鏡面的光(guang)(guang)學(xue)信息并進行光(guang)(guang)學(xue)分析(xi)。其(qi)中，風(feng)(feng)載(zai)(zai)(zai)(zai)荷(he)(he)(he)數(shu)值模(mo)擬時采用(yong)Realizable k-ε湍(tuan)流(liu)模(mo)型；B類(lei)地(di)貌，參考高度10 m處(chu)的來流(liu)風(feng)(feng)速為17.1 m/s，即八級風(feng)(feng)的下限。

圖(tu)5 XEM-Dish系統的(de)(de)風荷載(zai)與承載(zai)變形的(de)(de)數值計(ji)算流(liu)程

4.1 自重載(zai)荷作(zuo)用

圖6是自重載荷作用下XEM-Dish系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鏡面(mian)斜率(lv)偏差(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)均(jun)方(fang)根(gen)值(zhi)隨其(qi)工作高度角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化。SDy隨著工作高度角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而逐漸增(zeng)大，在(zai)90°高度角(jiao)達到(dao)最大值(zhi)。但(dan)SDx值(zhi)在(zai)0°~60°高度角(jiao)下均(jun)在(zai)0.58 mrad左(zuo)右。從圖7的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鏡面(mian)斜率(lv)偏差(cha)(cha)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布統計可以看(kan)到(dao)，反(fan)射(she)(she)鏡面(mian)沿(yan)x軸(zhou)方(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斜率(lv)偏差(cha)(cha)值(zhi)sdx未關(guan)于(yu)0 mrad對稱分(fen)布，而是整體(ti)存在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移(yi)距離，此偏移(yi)距離與SDx值(zhi)基(ji)本相等(deng)。例如，在(zai)0°高度角(jiao)時，sdx基(ji)本關(guan)于(yu)-0.60 mrad對稱分(fen)布，而此工況(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)SDx值(zhi)為0.61 mrad。由(you)于(yu)碟(die)式聚光器(qi)自身在(zai)重力載荷作用下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)SDx值(zhi)只有0.218 mrad，可以認(ren)為增(zeng)加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)0.392 mrad是由(you)其(qi)它結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)承(cheng)載變形(xing)而附加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)剛體(ti)位移(yi)。此外，反(fan)射(she)(she)鏡面(mian)沿(yan)y軸(zhou)方(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斜率(lv)偏差(cha)(cha)值(zhi)sdy關(guan)于(yu)0 mrad對稱分(fen)布，以及反(fan)射(she)(she)鏡面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變形(xing)關(guan)于(yu)O-xz平(ping)面(mian)對稱，這些均(jun)符合理論(lun)情況(kuang)。

圖6自(zi)重載荷作用下XEM-Dish系統中反射鏡面局部斜率偏差的均方根

圖7自重載荷作(zuo)用(yong)下(xia)XEM-Dish系統的變形分(fen)(fen)布(左)、鏡面(mian)斜率偏差(中)及(ji)其(qi)統計分(fen)(fen)布

圖8是在(zai)45°和(he)(he)90°典型工(gong)作高度角下焦(jiao)(jiao)平面(mian)和(he)(he)吸熱器(qi)表面(mian)的(de)(de)(de)聚(ju)焦(jiao)(jiao)能流(liu)分(fen)布(bu)(bu)(bu)，可(ke)以看到兩(liang)者的(de)(de)(de)聚(ju)焦(jiao)(jiao)能流(liu)分(fen)布(bu)(bu)(bu)很相似，并且與理想(xiang)工(gong)況(kuang)也很接近(jin)。兩(liang)種工(gong)況(kuang)下的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)光(guang)學效(xiao)率分(fen)別是87.29%和(he)(he)87.33%。整體而言，自重(zhong)載(zai)荷對XEM-Dish系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)光(guang)學效(xiao)率和(he)(he)聚(ju)焦(jiao)(jiao)能流(liu)分(fen)布(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)影響(xiang)非常(chang)小(xiao)。主要(yao)是因為XEM-Dish系(xi)統(tong)機(ji)架結構的(de)(de)(de)剛(gang)度富裕，產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)變(bian)形非常(chang)小(xiao)，焦(jiao)(jiao)平面(mian)上聚(ju)焦(jiao)(jiao)光(guang)斑的(de)(de)(de)中心(xin)與接收器(qi)的(de)(de)(de)中心(xin)基本(ben)重(zhong)合，未產(chan)(chan)生明顯偏焦(jiao)(jiao)現象(xiang)。

圖8自重載荷作用(yong)下XEM-Dish系統焦平面(左)和吸熱器(qi)表面的聚焦能流分布

4.2 自重與風載(zai)荷的聯合作用

圖(tu)9給(gei)出了自重和(he)風(feng)(feng)載荷聯合作用下整機模型中聚(ju)(ju)(ju)光(guang)器(qi)鏡面局部斜率偏差(cha)的(de)(de)均方根值。SDx與SDy均會隨著風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)的(de)(de)變(bian)(bian)化而改(gai)變(bian)(bian)，在(zai)(zai)90°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)時SDy達(da)(da)到(dao)最(zui)大(da)而SDx達(da)(da)到(dao)最(zui)小(xiao)，因為(wei)(wei)此時碟式聚(ju)(ju)(ju)光(guang)系統的(de)(de)側面迎風(feng)(feng)，主(zhu)要(yao)產生沿y軸方向(xiang)的(de)(de)變(bian)(bian)形和(he)剛體(ti)旋(xuan)(xuan)轉位(wei)(wei)移。SDx值在(zai)(zai)180°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)時達(da)(da)到(dao)最(zui)大(da)，為(wei)(wei)7.613 mrad，它要(yao)明(ming)顯大(da)于(yu)0°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)的(de)(de)3.953 mrad。因為(wei)(wei)在(zai)(zai)聚(ju)(ju)(ju)光(guang)器(qi)背面迎風(feng)(feng)的(de)(de)180°風(feng)(feng)向(xiang)角(jiao)時支撐立(li)柱(zhu)和(he)高度角(jiao)跟(gen)蹤機構所承受的(de)(de)傾覆力(li)矩最(zui)大(da)，所以(yi)聚(ju)(ju)(ju)光(guang)器(qi)產生了更(geng)大(da)的(de)(de)剛體(ti)旋(xuan)(xuan)轉位(wei)(wei)移。

圖(tu)9自重與風載荷作用下XEM-Dish系統鏡(jing)面局部(bu)斜(xie)率偏差的(de)均方根。(a)0°風向角和(b)45°高(gao)度角

圖(tu)10是(shi)(shi)(shi)自重與(yu)0°風(feng)向(xiang)角(jiao)載(zai)荷聯合作用(yong)(yong)下(xia)(xia)XEM-Dish系(xi)統的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)和(he)鏡面斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)結果。可以看到(dao)不同(tong)高(gao)度角(jiao)下(xia)(xia)反射(she)鏡面的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)分(fen)(fen)(fen)布(bu)和(he)斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)分(fen)(fen)(fen)布(bu)特征均不盡相(xiang)同(tong)，通(tong)常變(bian)形(xing)最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)(de)區域(yu)位(wei)(wei)于(yu)(yu)聚(ju)(ju)光(guang)器的(de)(de)(de)邊(bian)緣，但斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)(de)區域(yu)并非如(ru)此。例如(ru)，XEM-Dish系(xi)統在0-0°工(gong)況的(de)(de)(de)峰(feng)值變(bian)形(xing)達到(dao)最(zui)(zui)大(da)，是(shi)(shi)(shi)107.66 mm，它位(wei)(wei)于(yu)(yu)聚(ju)(ju)光(guang)器的(de)(de)(de)頂部(bu)(bu)位(wei)(wei)置。此工(gong)況的(de)(de)(de)最(zui)(zui)大(da)鏡面斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)值達到(dao)了12.02 mrad，通(tong)常位(wei)(wei)于(yu)(yu)輻射(she)梁(liang)上(shang)方的(de)(de)(de)反射(she)鏡面，而且沿(yan)圓周方向(xiang)基(ji)本對(dui)稱(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)布(bu)。斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)分(fen)(fen)(fen)量(liang)sdx的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)與(yu)總(zong)斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)值(PT_angle)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)基(ji)本重合，說明sdx占充分(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)(wei)；而sdy均基(ji)本關于(yu)(yu)0 mrad對(dui)稱(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)布(bu)且數(shu)值相(xiang)對(dui)較小，因為(wei)0°風(feng)向(xiang)角(jiao)下(xia)(xia)碟式聚(ju)(ju)光(guang)系(xi)統及其風(feng)載(zai)荷邊(bian)界均關于(yu)(yu)O-xz平(ping)面對(dui)稱(cheng)(cheng)，上(shang)述對(dui)稱(cheng)(cheng)性與(yu)理(li)論符合。斜(xie)率偏(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)分(fen)(fen)(fen)量(liang)sdx占主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)(wei)，是(shi)(shi)(shi)因為(wei)在自重和(he)風(feng)載(zai)荷的(de)(de)(de)聯合作用(yong)(yong)下(xia)(xia)聚(ju)(ju)光(guang)器產生(sheng)了更顯(xian)著的(de)(de)(de)剛(gang)體(ti)旋轉(zhuan)(zhuan)位(wei)(wei)移。也就是(shi)(shi)(shi)說聚(ju)(ju)光(guang)器和(he)支(zhi)撐(cheng)桁架(jia)一(yi)起產生(sheng)了剛(gang)體(ti)運動(dong)(dong)，此剛(gang)體(ti)運動(dong)(dong)的(de)(de)(de)主(zhu)要貢獻來源(yuan)于(yu)(yu)：其一(yi)是(shi)(shi)(shi)風(feng)載(zai)荷作用(yong)(yong)下(xia)(xia)支(zhi)撐(cheng)立柱產生(sheng)變(bian)形(xing)(表(biao)現為(wei)彎曲變(bian)形(xing)，相(xiang)當于(yu)(yu)懸臂梁(liang))，導(dao)致安裝在其頂部(bu)(bu)的(de)(de)(de)支(zhi)撐(cheng)桁架(jia)和(he)聚(ju)(ju)光(guang)器等一(yi)起隨立柱頂端的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)而整(zheng)體(ti)運動(dong)(dong)；其二是(shi)(shi)(shi)高(gao)度角(jiao)跟(gen)蹤(zong)機構在傾覆力矩的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)(xia)變(bian)形(xing)，導(dao)致支(zhi)撐(cheng)桁架(jia)和(he)聚(ju)(ju)光(guang)器一(yi)起繞高(gao)度角(jiao)跟(gen)蹤(zong)軸(zhou)線產生(sheng)剛(gang)體(ti)旋轉(zhuan)(zhuan)運動(dong)(dong)。

圖10自重與0°風向角載(zai)荷作用下XEM-Dish系(xi)統(tong)的變形分布(bu)(左)、鏡面斜率偏差(cha)(中)及(ji)其統(tong)計分布(bu)

圖11給(gei)出了(le)典型工況(kuang)(kuang)下XEM-Dish系(xi)統焦(jiao)平(ping)面和(he)(he)(he)吸熱(re)(re)(re)器(qi)表面的聚焦(jiao)能(neng)流分(fen)(fen)布(bu)。可以看到(dao)焦(jiao)平(ping)面的聚焦(jiao)光斑都(dou)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)同程度的偏焦(jiao)問題，即聚焦(jiao)光斑的中(zhong)(zhong)心偏離了(le)接(jie)(jie)收窗的中(zhong)(zhong)心。而且吸熱(re)(re)(re)器(qi)表面的能(neng)流分(fen)(fen)布(bu)也(ye)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)同程度的能(neng)量(liang)非(fei)均(jun)勻問題，尤其是在(zai)(zai)45°-180°工況(kuang)(kuang)下吸熱(re)(re)(re)器(qi)表面基本只有(you)一(yi)側能(neng)接(jie)(jie)收到(dao)太陽輻射(she)能(neng)量(liang)，表現出極其的不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻分(fen)(fen)布(bu)特征，且也(ye)導(dao)致(zhi)了(le)峰值能(neng)流密度的增加。這對吸熱(re)(re)(re)器(qi)和(he)(he)(he)斯特林熱(re)(re)(re)機的運行(xing)而言都(dou)非(fei)常不(bu)(bu)(bu)利(li)，如果不(bu)(bu)(bu)采用任何改善(shan)措(cuo)施則此工況(kuang)(kuang)XEM-Dish系(xi)統應(ying)該(gai)停機避險。盡管在(zai)(zai)八級風作用XEM-Dish系(xi)統的聚焦(jiao)能(neng)流分(fen)(fen)布(bu)不(bu)(bu)(bu)盡人意，但(dan)是其光學效(xiao)率和(he)(he)(he)直接(jie)(jie)有(you)用能(neng)比例均(jun)較(jiao)為優異，它們分(fen)(fen)別保持在(zai)(zai)87.0%左右(you)和(he)(he)(he)73.0%左右(you)。從光學攔截(jie)效(xiao)率來看，其中(zhong)(zhong)最差的0°-0°工況(kuang)(kuang)也(ye)能(neng)在(zai)(zai)200 mm攔截(jie)半徑下實現98.16%的光學攔截(jie)效(xiao)率。

圖11自重和(he)風(feng)載荷聯合作用下XEM-Dish系統的焦平面(mian)(左)和(he)吸熱(re)器表面(mian)的能流分(fen)布

5、總結

提出的(de)(de)一種考慮(lv)載荷作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)碟式(shi)(shi)(shi)(shi)聚光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)結構變形(xing)影(ying)響的(de)(de)光(guang)(guang)-機(ji)(ji)集成建模方法，可以用(yong)(yong)于(yu)(yu)詳細預測和(he)(he)評估(gu)載荷作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)碟式(shi)(shi)(shi)(shi)聚光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)性能(neng)(neng)和(he)(he)能(neng)(neng)流分(fen)(fen)布(bu)，該方法具(ju)有普適和(he)(he)簡單的(de)(de)優點，適用(yong)(yong)于(yu)(yu)所有的(de)(de)鏡(jing)面(mian)反射式(shi)(shi)(shi)(shi)太陽能(neng)(neng)聚光(guang)(guang)系(xi)(xi)統(tong)。以XEM-Dish系(xi)(xi)統(tong)為研(yan)究(jiu)對(dui)象，建立(li)了(le)XEM-Dish系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)光(guang)(guang)機(ji)(ji)集成模型，深入(ru)研(yan)究(jiu)了(le)XEM-Dish系(xi)(xi)統(tong)(整機(ji)(ji)結構)在自重、自重和(he)(he)風(feng)載荷(風(feng)速為17.1 m/s)聯合(he)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)承載變形(xing)分(fen)(fen)布(bu)、鏡(jing)面(mian)斜率偏差(cha)分(fen)(fen)布(bu)和(he)(he)聚焦(jiao)能(neng)(neng)流分(fen)(fen)布(bu)等規律(lv)，揭示了(le)載荷作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)XEM-Dish系(xi)(xi)統(tong)光(guang)(guang)學(xue)性能(neng)(neng)惡化的(de)(de)主(zhu)要(yao)形(xing)式(shi)(shi)(shi)(shi)—即類(lei)似(si)于(yu)(yu)跟蹤誤差(cha)的(de)(de)偏焦(jiao)現象。

團(tuan)(tuan)隊接下來的工作：提(ti)出的光-機(ji)集成建模方法(fa)適(shi)用于采用反射鏡(jing)面進行聚光的任何太(tai)陽能聚光系統，這(zhe)也包(bao)括商業應用的拋(pao)物槽式聚光器和塔式定日鏡(jing)等，團(tuan)(tuan)隊正在將采用該方法(fa)詳細評估載荷作用下上述商業太(tai)陽能聚光系統的光學性(xing)能，并為其結構輕(qing)量化設(she)計提(ti)供(gong)基礎。

注：本(ben)文介(jie)紹的學術成果部(bu)(bu)分已經(jing)發表，部(bu)(bu)分還(huan)處于整理發表過程。上(shang)述成果介(jie)紹僅用于學術交(jiao)流，歡迎各位(wei)同(tong)仁(ren)和企(qi)業界朋友交(jiao)流指導【如(ru)需技術交(jiao)流，歡迎添加微信：yanjianZL】。論文主要(yao)作者為：顏健，彭佑多(duo)，劉(liu)永祥(xiang)。

作者簡介

顏健，工(gong)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)博(bo)士(shi)(shi)，湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)科(ke)技(ji)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)機電工(gong)程(cheng)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院（未來技(ji)術學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院），副教(jiao)授(shou)，碩士(shi)(shi)研究(jiu)生(sheng)導(dao)師。2018年(nian)畢業(ye)于湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)科(ke)技(ji)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)機械工(gong)程(cheng)專業(ye)，湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)省優秀博(bo)士(shi)(shi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)位論文獲得者(zhe)，“全國(guo)高校黃大(da)(da)年(nian)式教(jiao)師團(tuan)隊”青(qing)(qing)年(nian)骨(gu)(gu)干(gan)(gan)成(cheng)員，湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)省科(ke)技(ji)創(chuang)新(xin)團(tuan)隊(資源開發(fa)(fa)裝(zhuang)備設計(ji)理論與(yu)(yu)關鍵(jian)技(ji)術創(chuang)新(xin)團(tuan)隊)青(qing)(qing)年(nian)骨(gu)(gu)干(gan)(gan)成(cheng)員，第八屆中國(guo)研究(jiu)生(sheng)能(neng)(neng)源裝(zhuang)備創(chuang)新(xin)設計(ji)大(da)(da)賽(sai)優秀指(zhi)導(dao)教(jiao)師。一直從事太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)聚光(guang)集(ji)熱與(yu)(yu)發(fa)(fa)電技(ji)術、太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)高效高溫吸熱器、聚光(guang)器結構(gou)風振控(kong)制(zhi)與(yu)(yu)性能(neng)(neng)保持(chi)輕量化設計(ji)等方面(mian)的科(ke)研工(gong)作。近年(nian)來，主持(chi)國(guo)家(jia)自(zi)(zi)然(ran)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基金青(qing)(qing)年(nian)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目1項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)、湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)省自(zi)(zi)然(ran)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基金青(qing)(qing)年(nian)項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目1項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和教(jiao)育(yu)廳科(ke)研項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目1項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)；作為科(ke)研骨(gu)(gu)干(gan)(gan)參(can)與(yu)(yu)國(guo)家(jia)自(zi)(zi)然(ran)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基金面(mian)上項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目2項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)、湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)省戰(zhan)略性新(xin)型產業(ye)重大(da)(da)科(ke)技(ji)攻關和湖(hu)(hu)(hu)南(nan)(nan)省自(zi)(zi)然(ran)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)省市聯合基金重點等省部級和企業(ye)橫向項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)目6項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)；發(fa)(fa)表太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)聚光(guang)熱利用相關SCI/EI學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)術論文30余篇，授(shou)權(quan)國(guo)家(jia)發(fa)(fa)明專利15項(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。