碟式太阳能聚光器恒风速下流场分析与风载特性研究

【摘要】：聚光器是碟式太阳能热发电系统中最重要的设备之一，其尺寸较大，所受风载荷的大小直接关系着整个系统的设计工作和聚光器工作时对跟踪系统中电机的选择，因此对其所受风载荷的计算显得尤为重要。计算风工程方法又称为数值风洞方法，与直接的风洞试验相比有其独特优越性：具有模拟真实风环境的能力，可以构建原型尺度的计算模型，按实际的风环境进行仿真和模拟，避免了风洞试验只能进行缩尺实验的不足。目前，对于碟式太阳能聚光器的研究主要集中在其结构形式、聚光性能、经济性等方面，而计算风工程则主要在建筑物、城市规划、桥梁、建筑采暖与通风、火灾与灭火等问题上得到了广泛的应用并取得了可喜的成就，但是对于碟式太阳能聚光器受风载荷影响的研究还不多。 为此，基于计算风工程法的优点和太阳能聚光器的结构特点，本文将聚光器的简化物理模型导入流体仿真软件进行数值模拟计算，采用数值仿真方法和灰色理论等相结合的方法对碟式太阳能聚光器恒定风速下的流场与风载特性进行分析研究，论文主要创新点和研究工作如下： （1）应用数值风洞方法对碟式太阳能聚光器流场进行数值模拟仿真，揭示了不同工况下碟式太阳能聚光器周围流场及表面风压分布规律； （2）依据构建的碟式太阳能聚光器风载荷模型得出了不同工况下聚光器风力系数和风力矩系数的大小和其随风速、高度角及方位角的变化规律，可为相关模型受风力作用时的风力大小和风力矩大小的计算提供便利； （3）采用模糊灰色关联分析方法对聚光器表面最大风压、侧向力、阻力、升力、俯仰力矩、翻滚力矩和方位力矩的影响因素进行灰色关联分析，揭示了风速、高度角、方位角对上述力及力矩的影响规律。 【关键词】：聚光器 数值风洞 流场 风力系数 力矩系数 模糊灰色关联分析
【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10-21
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.1.1 太阳能热发电技术发展概述10-12
• 1.1.2 研究背景和意义12-13
• 1.2 结构风工程研究方法13-15
• 1.2.1 现场实测方法13-14
• 1.2.2 风洞试验方法14
• 1.2.3 数值模拟方法14-15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.3.1 碟式太阳能热发电系统聚光器国内外研究现状15-16
• 1.3.2 计算风工程国内外研究现状16-18
• 1.3.3 太阳能热发电系统的国内外抗风研究现状18-19
• 1.4 论文研究的目标和主要内容19-21
• 1.4.1 研究目标19
• 1.4.2 研究内容19-21
• 第2章 碟式太阳能聚光器仿真模型21-27
• 2.1 碟式太阳能热发电系统21-25
• 2.1.1 碟式太阳能热发电系统结构22-24
• 2.1.2 碟式太阳能热动力发电系统工作原理24-25
• 2.2 聚光器物理模型的建立与参数设置25-26
• 2.2.1 模型建立25
• 2.2.2 参数设置25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 碟式太阳能聚光器流场特性及表面风压分布27-47
• 3.1 风的流动特性27-28
• 3.1.1 风的特性27
• 3.1.2 基本风压27-28
• 3.1.3 风力分析28
• 3.2 风场数值模拟28-35
• 3.2.1 数值模拟的基本理论28-33
• 3.2.2 计算域及网格设置33-35
• 3.3 聚光器周围流场及表面风压分布35-46
• 3.3.1 风速对聚光器周围流场及表面风压的影响35-39
• 3.3.2 高度角对聚光器周围流场及表面风压的影响39-42
• 3.3.3 方位角对聚光器周围流场及表面风压的影响42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 碟式太阳能聚光器风力系数和力矩系数仿真研究47-67
• 4.1 碟式太阳能聚光器的的风力系数及力矩系数47-51
• 4.1.1 碟式太阳能聚光器风压载荷模型47-48
• 4.1.2 聚光器仿真计算结果48-51
• 4.2 不同工况下聚光器风力系数和力矩系数的结果分析51-66
• 4.2.1 侧力系数51-53
• 4.2.2 阻力系数53-55
• 4.2.3 升力系数55-57
• 4.2.4 俯仰力矩系数57-59
• 4.2.5 翻滚力矩系数59-61
• 4.2.6 方位力矩系数61-64
• 4.2.7 各系数对比分析64-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 聚光器受力及力矩影响因素模糊灰色关联分析67-75
• 5.1 模糊灰色关联分析67-70
• 5.1.1 灰色关联分析67-68
• 5.1.2 模糊灰色关联分析模型68-70
• 5.2 基于碟式太阳能聚光器影响因素的模糊灰色关联分析模型应用70-74
• 5.2.1 聚光器影响因素模糊灰色关联分析的具体实现过程71-73
• 5.2.2 影响因素的权重分析73-74
• 5.3 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-83
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表学术论文和参与课题83-84
• 致谢84

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