兆瓦级碟式太阳能热发电机构可靠性仿真分析

【摘要】：太阳能热发电机构一般安装在室外的空旷位置，工作环境比较恶劣，经常会遭遇强风等恶劣天气的影响。近年来发生多起大型太阳能热发电机构倒塌事故，究其原因主要是由于强风天气下机构的材料强度或刚度不够导致的。如何探究风载荷下碟式太阳能热发电机构的可靠性，保证太阳能发电机构的正常运转是首先亟待解决的问题。 本论文以校企合作项目为依托，采用软件仿真流固偶合法、数值仿真法、强度理论和工程力学理论等相结合的方法对某款兆瓦级碟式太阳能热发电机构的聚光器风载荷分布特性、结构的应力应变特征以及模态振型进行相应研究，论文主要创新点和研究工作如下： （1）采用CFD软件Star ccm+建立碟式太阳能热发电机构的聚光器流场计算模型，揭示风载荷在聚光器表面压强分布规律，基于FEA软件与CFD软件的软件接口，采用流固偶合法，实现流场数据与固场数据的结合，为后续碟式太阳能热发电机构可靠性分析计算提供边界条件。 （2）建立碟式太阳能热发电机构的有限元强度计算模型，利用Abaqus对碟式太阳能热发电机构在不同高度角和方位角的工况下进行静强度分析计算，得到碟式太阳能热发电机构的应力集中区域，并对该区域结合强度理论进行了强度校核。 （3）利用Abaqus的模态分析模块对碟式太阳能热发电机构进行相关的模态计算，得到碟式太阳能热发电机构的模态数据、振型云图，对比计算结果，验证碟式太阳能发电机构的刚度，从而进一步说明机构的可靠性。 【关键词】：碟式太阳能热发电机构 风载荷 流固耦合 可靠性 静强度计算 模态振型
【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】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及意义9-13
• 1.2 碟式太阳能发电技术国内外研究现状13-17
• 1.2.1 国外碟式太阳能发电技术研究现状13-16
• 1.2.2 国内碟式太阳能发电技术研究现状16-17
• 1.2.3 国内外碟式太阳能热发电机构可靠性研究现状17
• 1.3 课题来源及论文主要内容17-19
• 第2章 碟式太阳能聚光器风载荷计算分析19-28
• 2.1 风载荷特征及计算公式19-21
• 2.1.1 风载荷的分类19
• 2.1.2 风载荷的产生原因19-20
• 2.1.3 风载荷的计算公式20-21
• 2.2 流体力学基本方程21-22
• 2.3 碟式太阳能聚光器风载荷计算模型的建立22-24
• 2.3.1 计算域设定及网格划分22-23
• 2.3.2 湍流模型的选择23-24
• 2.3.3 边界条件的设定24
• 2.4 碟式太阳能聚光器风载荷计算结果及分析24-27
• 2.4.1 碟式太阳能聚光器流场分布特征24-25
• 2.4.2 碟式太阳能聚光器风压计算与分析25-26
• 2.4.3 碟式太阳能聚光器风力计算结果与分析26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 碟式太阳能热发电机构静强度计算分析28-46
• 3.1 几何模型的搭建和结构介绍28-29
• 3.2 静强度仿真模型的搭建29-36
• 3.2.1 网格划分及质量检查29-31
• 3.2.2 材料属性参数31
• 3.2.3 边界载荷的定义31-35
• 3.2.4 接触与约束的定义35-36
• 3.3 静强度计算结果36-42
• 3.3.1 风速 0m/s 的计算结果36-38
• 3.3.2 高度角 0°、风速 25m/s 的计算结果38-40
• 3.3.3 高度角 45°、风速 25m/s 的计算结果40-42
• 3.4 静强度校核42-45
• 3.4.1 材料失效的方式42-43
• 3.4.2 强度理论简介43-44
• 3.4.3 强度理论的应用及校核计算44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 碟式太阳能热发电机构模态计算分析46-58
• 4.1 模态分析基础理论46-50
• 4.1.1 模态分析基本假设46-47
• 4.1.2 单自由度系统47-48
• 4.1.3 多自由度系统48-50
• 4.2 模态分析方法50-51
• 4.3 模态计算流程51
• 4.4 模态计算结果51-57
• 4.4.1 固有频率计算结果51-52
• 4.4.2 振型计算结果52-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文64

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