槽式聚光鏡組系統(tǒng)的抗風(fēng)性能研究.pdf

1、太陽(yáng)能熱發(fā)電是目前國(guó)際上的熱門研究課題，槽式太陽(yáng)能發(fā)電是一種在國(guó)際上處于主流的、商業(yè)化基礎(chǔ)良好的技術(shù)形式。由于太陽(yáng)能熱發(fā)電站多分布在空曠平整地區(qū)，故風(fēng)荷載是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的控制荷載。槽式聚光鏡鏡面結(jié)構(gòu)形式為弧形，且高度較低，近地面風(fēng)場(chǎng)比較復(fù)雜，其風(fēng)壓分布也較為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)對(duì)此類結(jié)構(gòu)受到的風(fēng)荷載及風(fēng)致響應(yīng)研究較少。目前，我國(guó)對(duì)槽式聚光鏡結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)是按照國(guó)外已有的規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，但由于地貌狀況和氣候條件不同，完全按照國(guó)外資料設(shè)計(jì)的聚光

2、鏡組通常不能滿足強(qiáng)度和剛度要求。槽式聚光鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足在6級(jí)風(fēng)作用下正常工作，在8級(jí)風(fēng)作用下不受破壞的要求，并且在使用過(guò)程中需要保證經(jīng)過(guò)反射的太陽(yáng)光準(zhǔn)確的投射到集熱管上，否則會(huì)造成一定的能量損失，影響槽式聚光鏡的發(fā)電功率。槽式聚光鏡系統(tǒng)的這些問(wèn)題都是目前我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電迫切需要解決的，而國(guó)內(nèi)對(duì)此的相關(guān)研究較少。槽式聚光鏡由于使用功能的要求，其鏡面需要跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過(guò)程中其體型、質(zhì)量分布和剛度都有不同程度的變化。對(duì)于這種變體

3、型、變剛度、變質(zhì)量分布結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)的研究，在國(guó)內(nèi)外開展的還比較少，但有一定的理論與工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等技術(shù)手段對(duì)槽式聚光鏡系統(tǒng)的抗風(fēng)性能進(jìn)行了分析研究，包括了槽式聚光鏡的風(fēng)壓分布、脈動(dòng)風(fēng)壓特性、動(dòng)力特性分析、風(fēng)致響應(yīng)及等效風(fēng)荷載等方面，主要成果如下:
　　(1)通過(guò)對(duì)槽式聚光鏡進(jìn)行剛性模型測(cè)壓試驗(yàn)，得到了槽式聚光鏡在不同豎向仰角和水平風(fēng)向角下鏡面上平均風(fēng)壓分布和脈動(dòng)

4、風(fēng)壓分布特征，并分析了風(fēng)壓分布隨豎向仰角和水平風(fēng)向角的變化規(guī)律，并給出聚光鏡最不利工況下平均風(fēng)壓系數(shù)等值線圖;引用相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)槽式聚光鏡進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果，將其結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，由此驗(yàn)證數(shù)值風(fēng)洞模擬方法應(yīng)用于槽式聚光鏡風(fēng)效應(yīng)研究是可能的。此外還通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)分析了槽式聚光鏡在干擾工況下的風(fēng)壓分布，并通過(guò)對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理給出了單鏡工況和干擾工況下聚光鏡阻力系數(shù)CFx、升力系數(shù)CFz隨豎向仰角的變化規(guī)律，并與其他文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)

5、行了對(duì)比。
　　(2)對(duì)槽式聚光鏡模型進(jìn)行了測(cè)力實(shí)驗(yàn)，獲得了單鏡工況和干擾工況下槽式聚光鏡的六個(gè)風(fēng)力（力矩）系數(shù)隨豎向仰角和水平風(fēng)向角的變化規(guī)律，并研究了聚光鏡的相互干擾特性;提取出六個(gè)風(fēng)力（力矩）系數(shù)的最大值及最大值出現(xiàn)的工況，為后續(xù)進(jìn)行槽式聚光鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者優(yōu)化分析提供了計(jì)算依據(jù)。將測(cè)壓試驗(yàn)與測(cè)力實(shí)驗(yàn)下的阻力系數(shù)CFx、升力系數(shù)CFz、基底傾覆力矩系數(shù)CMy進(jìn)行了對(duì)比分析，由此可以互相驗(yàn)證了兩種試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性。
　　(

6、3)對(duì)槽式聚光鏡的測(cè)點(diǎn)在不同工況下脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜的變化規(guī)律的分析，探討了影響脈動(dòng)風(fēng)壓的主要因素;在文章中給出了槽式聚光鏡風(fēng)壓分布非高斯的判別標(biāo)準(zhǔn)，并采用概率密度分布直方圖及風(fēng)壓時(shí)程曲線對(duì)非高斯測(cè)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證;采用全概率逼近法計(jì)算出極值風(fēng)壓系數(shù)，給出了典型工況下槽式聚光鏡極值風(fēng)壓系數(shù)的等值線圖。
　　(4)采用ANSYS軟件對(duì)槽式聚光鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了聚光鏡的動(dòng)力特性參數(shù)的計(jì)算結(jié)果;并且對(duì)位于某地的槽式聚光鏡原型進(jìn)行了

7、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，通過(guò)分析得到了槽式聚光鏡動(dòng)力特性參數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果，并將兩者的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，總體來(lái)說(shuō)兩者所得結(jié)果吻合度較好，說(shuō)明槽式聚光鏡有限元模型是合理適用的。
　　(5)基于槽式聚光鏡有限元模型對(duì)槽式聚光鏡進(jìn)行瞬態(tài)分析，獲得了槽式聚光鏡位移峰值響應(yīng)，所得結(jié)論是聚光鏡結(jié)構(gòu)在離支撐結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)的邊緣部位位移峰值響應(yīng)最大，進(jìn)行聚光鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)此處的支撐結(jié)構(gòu)剛度。此外，為了方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的使用，給出了典型工況下槽式聚光鏡結(jié)構(gòu)代表測(cè)點(diǎn)的

8、風(fēng)振系數(shù)。
　　(6)采用多階模態(tài)力法對(duì)槽式聚光鏡結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)了進(jìn)行計(jì)算，并將所得結(jié)果與時(shí)域分析法得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，表明多階模態(tài)力法有計(jì)算代價(jià)小，計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)，故在設(shè)計(jì)應(yīng)用中多階模態(tài)力法更適合用來(lái)計(jì)算槽式聚光鏡的風(fēng)致響應(yīng)和等效風(fēng)荷載。最后給出了槽式聚光鏡鏡面等效風(fēng)荷載的計(jì)算公式和槽式聚光鏡整體受力的計(jì)算公式，重點(diǎn)是給出了最不利工況下的鏡面上不同區(qū)域局部風(fēng)載體型系數(shù)的取值及風(fēng)振系數(shù)的建議取值，并在文章最后給出了槽式聚光鏡在