碟式太陽能聚光器結(jié)構(gòu)分析與風(fēng)載荷數(shù)值模擬.pdf

1、碟式太陽能聚光器是一種非流線型結(jié)構(gòu)的碟狀板，它有較大的空間尺寸和迎風(fēng)面積，對風(fēng)載荷極為敏感，且其結(jié)構(gòu)多種多樣，但都存在明顯不足，如聚光器結(jié)構(gòu)剛度和抗風(fēng)載荷強(qiáng)度不足。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大都在露天環(huán)境中運(yùn)行，風(fēng)載荷可能導(dǎo)致聚光器變形或產(chǎn)生異常振動。聚光器在工作過程中，如果激振頻率與其自然頻率接近時(shí)，系統(tǒng)便會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，造成結(jié)構(gòu)破壞；當(dāng)風(fēng)載荷過大時(shí)，聚光器結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生位移變形，嚴(yán)重的風(fēng)致響應(yīng)還會對聚光器鏡面造成擠壓破壞。為了避免聚光器在風(fēng)載

2、荷作用下發(fā)生共振與破壞，本文對聚光器進(jìn)行了振動特性分析和風(fēng)載荷分析。
　　本文首先以25KW碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光器為研究對象，在已知參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用ANSYS軟件建立聚光器結(jié)構(gòu)的三維模型，然后詳細(xì)討論了聚光器結(jié)構(gòu)中單元類型的選取，網(wǎng)格的劃分原則以及對模型的合理簡化，用梁單元、實(shí)體單元和殼單元，建立了供有限元分析計(jì)算的碟式太陽能聚光器有限元模型。
　　其次，對碟式太陽能聚光器的振動特性進(jìn)行分析。為了避免碟式太陽能聚光器

3、在風(fēng)載荷作用下發(fā)生共振，需研究其振動特性，并通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)以提高聚光器結(jié)構(gòu)的剛度。對碟式太陽能聚光器進(jìn)行模態(tài)分析，得到聚光器前十階自然頻率和固有振型，根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，針對聚光器振動特性和危險(xiǎn)區(qū)域，對聚光器結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)方案，并對改進(jìn)后的聚光器結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，改善聚光器的結(jié)構(gòu)剛度和振動特性，確保碟式太陽能聚光器在風(fēng)載荷作用下不會發(fā)生共振。
　　再者，研究風(fēng)載荷作用下的碟式太陽能聚光器流場特性和表面風(fēng)壓分布。運(yùn)用Gambit軟件建立聚

4、光器計(jì)算域模型，利用連續(xù)方程和動量方程對流體流動進(jìn)行理論分析，并采用 Fluent軟件對碟式太陽能聚光器計(jì)算域進(jìn)行風(fēng)載荷數(shù)值仿真計(jì)算，分析不同高度角和方位角下聚光器的流場特性及表面風(fēng)壓分布。該仿真結(jié)果不僅為之后的單向流固耦合強(qiáng)度分析奠定基礎(chǔ)，而且為碟式太陽能聚光器的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。
　　最后，利用 ANSYS軟件并結(jié)合改進(jìn)后的聚光器結(jié)構(gòu)和風(fēng)壓分析結(jié)果，對不同高度角和方位角下的碟式太陽能聚光器進(jìn)行了風(fēng)載荷靜力分析，將 F

5、luent軟件計(jì)算得到的不同高度角和方位角下的聚光器表面風(fēng)壓直接導(dǎo)入到ANSYS軟件，然后對其進(jìn)行單向流固耦合靜強(qiáng)度分析，得到聚光器在風(fēng)載荷作用下不同工況的位移變形和應(yīng)力分布，確定最危險(xiǎn)區(qū)域和最優(yōu)避風(fēng)姿勢。
　　本文利用ANSYS軟件和Fluent軟件對碟式太陽能聚光器結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析、流場分析和單向流固耦合靜力分析，對結(jié)構(gòu)振動特性、流場特性和抗風(fēng)載荷強(qiáng)度進(jìn)行分析，充分認(rèn)識振動特性、流場特性和抗風(fēng)載荷強(qiáng)度特性，防止聚光器發(fā)生共振，