太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究

【摘要】： 太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与测试技术研究对最优化系统效率起到关键作用,为了使接收面上的太阳能流密度得到重新分配,需要在考虑多种因素的基础上研究它的理论模型,另外在理论分析的基础上,能流密度分布的测量在实际应用中也具有重要意义。 本课题的研究目的是对抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布进行理论计算,同时考虑多种因素的影响;另外在吸收国外先进经验的基础之上,结合我国太阳能技术研究的需求,研制一套旋转抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布测试系统,并进行实验研究。具体说来,本文主要完成了以下几方面的研究工作: 1.抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布的Monte Carlo估计。对聚光系统进行光路分析,并对接收面的能流密度分布进行计算,更全面地考虑了影响能流密度分布的主要因素,使计算模型更加接近于实际情况,并且分析了各项因素对能流密度分布的影响;以Monte Carlo方法为基础,提出了旋转抛物面聚光器的优化设计方法,考虑了粘贴小平面镜片后的缝隙面积损失,得出镜片在径向和周向上的最佳数目,为该种面型聚光器的制作提供依据。 2.抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布的有限元分析。结合聚光系统的光学特性采用有限元法对旋转抛物面聚光器和抛物柱面聚光器聚焦光斑能流密度分布进行计算,通过与Monte Carlo法计算结果进行比较,验证了该方法的正确性;为了证明该方法的通用性,又对半球形接收器和圆柱形接收器进行实例计算,对于其它面型聚光器和其它形状接收器,只要改变网格剖分方法,就可以实现聚焦光斑能流密度分布的计算,因此有限元分析方法不但克服了以往算法通用性差的不足,而且为能流密度分布的计算提供了一条新思路。 3.旋转抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布测量装置的研制。采用基于CCD相机和朗伯靶的间接方法,研制一套点聚焦聚光设备的能流密度分布测量装置。对测量系统进行总体设计,并研究了接收面上能流密度和测点坐标的标定方法,同时对CCD相机的非线性和非均匀性进行校正。 4.旋转抛物面聚光器聚焦光斑能流密度分布的实验研究。利用测量装置对焦平面和多个离焦面内的能流密度分布进行测量,并分析每个面内的聚焦光斑特性。将焦平面能流密度分布测量结果与Monte Carlo方法计算结果进行比较。另外,计算了评价聚光系统性能的一些参数,包括光学效率、几何聚光比、能量聚光比和接收器上能流密度最大不一致性的相对百分比。最后,对系统的不确定度进行分析。 【关键词】：能流密度分布 Monte Carlo法 有限元法 测量系统 实验研究
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK513.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-34
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义15-17
• 1.2 太阳能利用的国内外研究状况17-19
• 1.3 聚光器聚焦光斑能流密度分布计算研究现状19-27
• 1.3.1 锥体光学法19-21
• 1.3.2 光线跟踪法21-22
• 1.3.3 Monte Carlo法22-24
• 1.3.4 微角锥法24-25
• 1.3.5 其他方法25-27
• 1.4 聚光器聚焦光斑能流密度分布测量技术研究概况27-31
• 1.5 本论文的主要研究内容31-34
• 第2章 聚焦光斑能流密度分布的Monte Carlo估计34-71
• 2.1 Monte Carlo方法的基本思想34-38
• 2.1.1 Monte Carlo方法求解过程34-35
• 2.1.2 伪随机数35-36
• 2.1.3 随机变量抽样36-38
• 2.2 Monte Carlo数学模型的建立38-48
• 2.2.1 理想情况下的数学模型38-41
• 2.2.2 非理想情况下的数学模型41-47
• 2.2.3 抛物柱面聚光器焦面能流密度分布的数学模型47-48
• 2.3 模拟结果及分析48-54
• 2.3.1 伪随机数均匀性检验48-49
• 2.3.2 程序实现49-50
• 2.3.3 方法验证50-52
• 2.3.4 模拟结果分析52-54
• 2.3.5 抛物柱面聚光器能流密度分布模拟结果54
• 2.4 各项因素对聚焦光斑能流密度分布的影响54-62
• 2.4.1 接收器的遮挡54-55
• 2.4.2 漫反射55-56
• 2.4.3 半张角56-57
• 2.4.4 各项因素对能流密度分布的影响57-62
• 2.5 旋转抛物面聚光器优化设计方法62-70
• 2.5.1 镜片剖分方法63-65
• 2.5.2 能流密度分布的Monte Carlo估计65-70
• 2.6 本章小结70-71
• 第3章 聚焦光斑能流密度分布的有限元分析71-86
• 3.1 有限元法的基本思想71-72
• 3.2 能流密度分布的基本计算公式72-73
• 3.3 聚光系统有限元模型的建立73-79
• 3.3.1 有限单元网格的自动形成方法73-74
• 3.3.2 坐标变换74-77
• 3.3.3 积分计算的数值求和形式77-78
• 3.3.4 单元平面的空间解析式78-79
• 3.4 旋转抛物面聚光器的有限元分析79-81
• 3.4.1 网格剖分方法79
• 3.4.2 程序实现79-81
• 3.4.3 与Monte Carlo法计算结果的比较81
• 3.5 其他面型聚光器和其他形状接收器的有限元分析81-85
• 3.5.1 抛物柱面聚光器的有限元分析81-83
• 3.5.2 半球形接收器和圆柱形接收器的有限元分析83-85
• 3.6 本章小结85-86
• 第4章 聚焦光斑能流密度分布测量系统研制86-100
• 4.1 总体方案的确定86-90
• 4.1.1 聚光器的研制87
• 4.1.2 朗伯靶的研制87-89
• 4.1.3 CCD照相机89-90
• 4.2 能流密度的标定90
• 4.3 测点坐标的标定90-96
• 4.3.1 系统成像模型91-92
• 4.3.2 系统标定方法92-95
• 4.3.3 标定方法的验证95-96
• 4.4 CCD的非线性校正96-98
• 4.5 CCD的非均匀性校正98-99
• 4.6 本章小结99-100
• 第5章 实验研究和不确定度分析100-114
• 5.1 能流密度测量结果与光斑特性分析100-105
• 5.2 测量结果与Monte Carlo法计算结果的比较105
• 5.3 聚光器光学性能参数的计算105-107
• 5.4 测量结果不确定度分析107-112
• 5.4.1 能流密度测量重复性引起的不确定度108-109
• 5.4.2 朗伯靶表面的非朗伯属性109-110
• 5.4.3 测点坐标标定的不确定度110-111
• 5.4.4 面积A引起的不确定度111-112
• 5.4.5 能流密度E的相对标准不确定度112
• 5.5 本章小结112-114
• 结论114-116
• 参考文献116-124
• 附录1124-125
• 附录2125-129
• 附录3129-130
• 攻读学位期间发表的学术论文130-132
• 致谢132-133
• 个人简历133

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能在材料加工中的应用    王健;翁忠亮;谢鲲;夏鹏程;曹梅青;岳丽杰;王北;张林;英文杰;杨磊;李友;

基于槽式集热器中抛物线的量化分析模型    余雷;王军;张耀明;

槽式太阳能聚光器焦面能流密度分布的频数统计分析    许成木;李明;季旭;蔡伟平;

太阳模拟器的研究概况及发展趋势    杜景龙;唐大伟;黄湘;

碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙

新型Fresnel光伏聚光镜的设计研究    荆雷

高效能空间薄膜聚光光伏系统研究    马宏财

太阳能多碟聚光系统聚集特性及吸热器光热力特性    王富强

基于碟式的太阳能二次反射及其分频系统的数值模拟和实验研究    张艳梅

菲涅尔太阳能聚光器研究    吴贺利

条形平面镜聚光器的实验研究与性能优化    张辉

新型太阳能集热器性能分析与研究    吕园园

面阵CCD图像传感器不均匀性的校正    李华,薛建国

CCD用于像增强器亮度增益测试的研究    周斌,刘秉琦

空间用平板形菲涅耳透镜的设计和光学效率研究    张明,黄良甫,罗崇泰,安栋梁,孙燕杰,王多书,郭俊涛

无缝钢管激光视觉准直技术    孙长库,尤强,叶声华,王炜

基于BP神经网络的姿态测量系统摄像机标定    蔡盛;李清安;乔彦峰;

旋转抛物面聚焦核的标准方程和临界角    章邦基

线阵TDI CCD遥感相机非均匀性校正的研究    刘亚侠,阮锦,郝志航

大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术研究    张鑫,林家明,张哲,秦志峰,郭毅,沙定国

CCD摄像机用于测量中存在的问题及解决方法    庞长富，刘榴娣

线阵CCD用于实时动态测量技术研究    李长贵,刘敬海,林幼娜,孙智勇

数码摄像技术在隧道位移信息采集中的应用    刘大刚,王明年

基于CCD图像的圆度误差测量的研究    陈向伟,王龙山,刘庆民,崔治

航空接插件线簧孔视觉检测系统的研制    包立君;浦昭邦;唐文彦;

CCD成像传感器的降噪技术    蔡荣太;王延杰;

基于CCD视觉的螺纹参数自动检测技术研究    沈少伟;颜树华;周春雷;李锷;童慧鹏;

图像传感器非均匀性的三步校正法    蔡荣太;王延杰;

基于激光双目视觉系统的直径测量    苏中;夏艳;吴细宝;

基于自适应窗曲线拟合的结构光条纹中心提取    刘涛;王宗义;于秀辉;金鸿章;

消除温度对倒装键合对准精度影响的方法    张丽娜;韩雷;

基于图像识别的印制电路板精密检测实验研究    姚晓栋;张永宏;吴琦;薛波;

基于受抑全内反射原理的视读屏技术研究    汪洪波;明海;张静明;

用于精密位移测量的视频引伸计系统的研究    张新洁;谢哲东;

车载式钢轨断面动态测量装置    朱奎义;

基于图像处理的钢坯侧面形状检测系统    何平安;郭定一;张明建;万来毅;龚辉;林介帮;

基于图像处理的钢坯侧面形状检测系统    何平安;郭定一;张明建;万来毅;龚辉;林介帮;

CCD摄像机的误差分析与校正    杨博雄;路杰;陈志高;刘海波;欧同庚;傅辉清;

线阵CCD在光电自准直仪中的应用    欧同庚;陈志高;付辉清;

一种基于计算机视觉的月球车与着陆器相对定位方法    王保丰;唐歌实;谢剑锋;杜杉杉;邱巍巍;

基于图像的弹道实验中运动目标检测定位方法    赵健;陈斌;曾首义;

回转误差测量新方法的研究    罗海燕;翟超;金熠;

引线键合视觉检测关键技术研究    孔凡芝

基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究    王文标

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究    郑大腾

视觉检测的几个关键问题研究    王富治

直拉式单晶硅生长炉的关键技术研究    曹建伟

单反数码相机精密位移测量研究    易学锋

多孔介质对太阳池性能影响的研究    史玉凤

空间量子密钥分配中的偏振劣化及系统改进设计    吴建荣

太阳能热光伏系统机理与实验研究    陈雪

无掩模光刻系统的研究与设计    饶玉芳

轴承滚子外径非接触检测系统及算法的研究    孙冰

大型板类零件孔形位尺寸检测系统    曹自然

基于双目立体视觉的CCD测距系统设计    张杨

图像精密测量算法研究    韩亚丽

基于Pro/E的装配公差设计研究    刘飞

基于数学形态学和亚像素提取的图像检测算法研究    杨维洲

采用结构光方法实现动态目标的三维轮廓重构    薛信庆

基于无线倾角传感器的桥梁挠度测量研究    谢浩元

基于机器视觉的微小型组件精密测量与装配    朱萃

小型太阳模拟器结构设计    刘电龙;徐熙平;文大化;孙敏;徐哲;

中国2015年SO_2排放总量宏观控制目标研究    韩国刚;曲富国;戴文楠;宋鹭;韩振宇;苏艺;孔令辉;姜华;

基于槽式集热器中抛物线的量化分析模型    余雷;王军;张耀明;

聚光光伏的发展    郭丰;

太阳能集能器及其特性    刘启香

抛物面式太阳能聚能系统聚光特性模拟    帅永;张晓峰;谈和平;

太阳能甲醇分解吸收-反应器研制与实验研究    隋军;金红光;郑丹星;侯智;王志峰;

太阳能高倍聚光能量利用系统热力学分析及传输过程设计优化    韩延民;王如竹;代彦军;翟辉;付剑波;

二次反射聚光分频光伏系统的光学分析    江守利;陈则韶;胡芃;莫松平;陈建新;

聚焦型太阳能集热器中腔体吸收器的热性能研究    张丽英;翟辉;代彦军;王如竹;

纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究    赵佳飞

纳米流体强化传热的实验和数值模拟研究    张邵波

碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙

纳米溶胶及微米线/薄膜热物理特性的理论和实验研究    王涛

反射聚光利用太阳能的基础理论与实验研究    江守利

典型光学系统表面光谱辐射传输及微尺度效应    帅永

自由曲面光学器件的设计及其在照明系统中的应用    丁毅

采用腔体吸收器的线聚焦太阳能集热器的理论及实验研究    翟辉

空间薄膜反射镜的多电极控制方法研究    石广丰

新型Fresnel光伏聚光镜的设计研究    荆雷

太阳辐射全光谱模拟人工光源的实验研究    尉敏

太阳模拟器辐照度控制技术研究    吴大军

太阳能热电—光电复合发电系统的发电功率与效率模型    张宁

菲涅尔透镜聚光型太阳能电池光电/光热综合利用性能研究    张翼中

槽式聚焦太阳能集热器及其应用研究    张丽英

蝶式光伏发电聚光器研制    许志龙

太阳模拟器的辐射光谱研究    彭小静

全光谱日光模拟器的辐照特性研究    苏杰

太阳模拟器中负滤光片的研制    孟嘉译

宽光谱太阳模拟器的理论分析与整体设计    罗青青

一种球面折射型太阳能低倍聚光器的设计    王建平;王梓岚;徐晓冰;朱程辉;

一种环面焦斑菲涅耳聚光器的设计与分析    张丽;陈志明;董前民;梁培;

拆机电池与非晶硅太阳能电池板的组合应用    史永京;钱晨;孟雪;高罗丝;史少霞;

太阳模拟器在太阳能光热领域的应用初探    费淞;操恺;毛凯;王凤玲;

太阳模拟器辐照不稳定性测试方法    尹德金;石雷兵;周碧红;

太阳模拟器的研究概况及发展趋势    杜景龙;唐大伟;黄湘;

新型Fresnel光伏聚光镜的设计研究    荆雷

高效能空间薄膜聚光光伏系统研究    马宏财

太阳能多碟聚光系统聚集特性及吸热器光热力特性    王富强

太阳光室内照明系统的设计    李建鹏

太阳能发电工程中追日系统的设计    李丹

太阳能热电发电系统的实验与优化研究    姚家伟

旋转抛物面焦域的聚焦核曲面及其方程    章邦基,胡炳生

一种微型全帧面阵CCD及其驱动控制    江洁,郁道银,张汉奇

面阵CCD图像传感器不均匀性的校正    李华,薛建国

高速线阵CCD图象传感器与IBMPC系列机的A/D接口    陆庭恕,蒋玉俊

光电摆角测量系统中CCD信号检测与处理电路设计    李永远,郭根秋

CCD摄像机用于测量中存在的问题及解决方法    庞长富，刘榴娣

一种新的基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正算法    拜丽萍,殷世民,刘上乾

基于DSP的红外焦平面阵列非均匀性实时压缩校正研究    代少升,袁祥辉

空间调制干涉光谱成像仪定标技术研究    相里斌,计忠瑛,黄旻,王忠厚,袁艳

世界太阳能　风能　生物质能的发展现状和前景    马宝珊

彩色线阵CCD遥感图像的校正    王雪晶

旋转抛物面聚光器焦面能流分布的有限元分析    刘颖;戴景民;郎治国;辛春锁;

美国固体实验力学概况    林少培

双裂纹转子振动特性的有限元和实验研究    陈铁锋;荆建平;孟光;陈婷艳;

双环减速器振动特性分析及实验研究    刘文;林腾蛟;李润方;谢永春;

基于热电偶技术的磨削温度的研究    郭力;汤钦卿;苏晓阳;

高超声速锥模型及其尾迹电磁散射实验研究    马平;部绍清;石安华;张志成;于哲峰;黄洁;

进气管路对固冲试验推力测量的影响    周东;李广武;雷清霞;何德胜;

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验    张永康;高立;

300MW汽轮机内异质均质凝结的实验研究    牛凤仙;蔡小舒;宋延勇;宁廷保;吴广臣;徐则林;岑岺山;郭养富;张瑾;李岗;

伺服阀喷嘴自动流量配对测量技术和系统的研究    潘旭东;王广林;詹捷;胡洋;刘军;

钎钢轧制过程主要工艺参数对成品质量的影响及实验研究    刘辉;赵玉倩;于恩林;姜杰凤;左大为;

电除尘器电场数值计算与性能预测的实验研究    党小庆;任燕;马广大;闫东杰;翟瑛;李东阳;

大型稀疏线性代数方程组的一种分块解法在有限元法中的应用    王海龙;江见鲸;

受内压的功能梯度材料圆筒应力分析    李春雨;邹振祝;

Visual Basic在液压计算流体力学中的应用    龙小武;高殿荣;王益群;

东明黄河公路大桥刚构-连续组合体系徐变分析    竹学叶;寿楠椿;万科峰;

刚性球散射声场的理论计算    孙好广;姚纪元;徐余;

基于ANSYS和FLUENT软件的细线阵涡激振动研究    尹纪富;江国和;

基于接触模型的100T转炉托圈热-机应力分析    包家汉;潘紫微;朱立江;乔翠侠;

离心场下模型箱结构的强度分析    刘平艳;徐兵;黄鹏;王军;

移动道路测量系统快捷绘制电子地图    本报记者 阎友华

武汉大学测绘学院接受徕卡测量系统捐赠    丁之

智能超声波物位测量系统在冶金烧结生产线上的应用    上海宝钢建设有限公司 顾雪全

Salzgitter 公司光整机的板形测量系统    

南宁市数字城管用上移动道路测量系统    韦绍宁

德开发动物健康无线监测系统    张巍巍

带钢卷取时的在线卷形测量    钟

客运专线轨道设标网测量系统通过鉴定    李夏通讯员 闫玉玲

能准确测量海底浮泥厚度    驻粤记者 陈国雄 通讯员 陈兆云

高精度航空定位导航姿态 测量系统生产实验获得成功    记者 李薇 周湛

太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究    刘颖

复合加载条件下海洋地基承载力特性数值分析方法研究    赵少飞

多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测    沈显峰

筒仓内散体侧压力沿仓壁分布研究    陈长冰

可扩展冲击—接触并行计算及其在汽车碰撞模拟中的应用    寇哲君

大型电力变压器线圈电磁力和局部过热问题研究    李岩

水平荷载作用下软土地基中桶形基础工作机理及承载性能研究    孙曦源

三维曲井内钻柱的双重非线性静力有限元法    谈梅兰

旋转电机磁场计算数值解析结合法研究    章跃进

南海西北部陆架潮频内波生成过程的数值模拟    王刚

光学电流互感器的温度特性分析    王锋

机床电主轴热管性能及其实验研究    毕丽娜

ISO9705大尺度火灾热释放速率相关实验研究    董惠

气囊式水消声器性能仿真与实验研究    黄信男

平面粘弹性体热—湿应力有限元法及应用研究    雷隽卿

PCR-80冷辗扩机模态分析及整机刚度多目标优化    程坤

电力变压器绕组中的涡流损耗及其温度场研究    李新

巨型框-筒结构的动力特性研究    林倩

微型客车30°斜角碰撞及40%偏置碰撞抗撞性研究    魏一凡

不同器械和方法对磨牙根管预备前后的Micro-CT分析及牙体组织的生物力学研究    艾林