槽式聚光鏡組系統(tǒng)的抗風性能研究.pdf

1、太陽能熱發(fā)電是目前國際上的熱門研究課題，槽式太陽能發(fā)電是一種在國際上處于主流的、商業(yè)化基礎良好的技術形式。由于太陽能熱發(fā)電站多分布在空曠平整地區(qū)，故風荷載是其結構設計最重要的控制荷載。槽式聚光鏡鏡面結構形式為弧形，且高度較低，近地面風場比較復雜，其風壓分布也較為復雜，國內對此類結構受到的風荷載及風致響應研究較少。目前，我國對槽式聚光鏡結構抗風設計是按照國外已有的規(guī)范或技術標準進行，但由于地貌狀況和氣候條件不同，完全按照國外資料設計的聚光

2、鏡組通常不能滿足強度和剛度要求。槽式聚光鏡系統(tǒng)的結構設計需要滿足在6級風作用下正常工作，在8級風作用下不受破壞的要求，并且在使用過程中需要保證經(jīng)過反射的太陽光準確的投射到集熱管上，否則會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)的這些問題都是目前我國太陽能熱發(fā)電迫切需要解決的，而國內對此的相關研究較少。槽式聚光鏡由于使用功能的要求，其鏡面需要跟隨太陽轉動，在此過程中其體型、質量分布和剛度都有不同程度的變化。對于這種變體

3、型、變剛度、變質量分布結構的動力特性及動力響應的研究，在國內外開展的還比較少，但有一定的理論與工程應用價值。
　　本文通過風洞試驗、理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測等技術手段對槽式聚光鏡系統(tǒng)的抗風性能進行了分析研究，包括了槽式聚光鏡的風壓分布、脈動風壓特性、動力特性分析、風致響應及等效風荷載等方面，主要成果如下:
　　(1)通過對槽式聚光鏡進行剛性模型測壓試驗，得到了槽式聚光鏡在不同豎向仰角和水平風向角下鏡面上平均風壓分布和脈動

4、風壓分布特征，并分析了風壓分布隨豎向仰角和水平風向角的變化規(guī)律，并給出聚光鏡最不利工況下平均風壓系數(shù)等值線圖;引用相關文獻中對槽式聚光鏡進行數(shù)值模擬的結果，將其結果與風洞試驗結果進行對比，由此驗證數(shù)值風洞模擬方法應用于槽式聚光鏡風效應研究是可能的。此外還通過風洞試驗分析了槽式聚光鏡在干擾工況下的風壓分布，并通過對風洞試驗數(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，并與其他文獻的試驗結果進

5、行了對比。
　　(2)對槽式聚光鏡模型進行了測力實驗，獲得了單鏡工況和干擾工況下槽式聚光鏡的六個風力（力矩）系數(shù)隨豎向仰角和水平風向角的變化規(guī)律，并研究了聚光鏡的相互干擾特性;提取出六個風力（力矩）系數(shù)的最大值及最大值出現(xiàn)的工況，為后續(xù)進行槽式聚光鏡結構設計或者優(yōu)化分析提供了計算依據(jù)。將測壓試驗與測力實驗下的阻力系數(shù)CFx、升力系數(shù)CFz、基底傾覆力矩系數(shù)CMy進行了對比分析，由此可以互相驗證了兩種試驗方法的準確性。
　　(

6、3)對槽式聚光鏡的測點在不同工況下脈動風壓功率譜的變化規(guī)律的分析，探討了影響脈動風壓的主要因素;在文章中給出了槽式聚光鏡風壓分布非高斯的判別標準，并采用概率密度分布直方圖及風壓時程曲線對非高斯測點進行進一步驗證;采用全概率逼近法計算出極值風壓系數(shù)，給出了典型工況下槽式聚光鏡極值風壓系數(shù)的等值線圖。
　　(4)采用ANSYS軟件對槽式聚光鏡結構進行了模態(tài)分析，獲得了聚光鏡的動力特性參數(shù)的計算結果;并且對位于某地的槽式聚光鏡原型進行了

7、現(xiàn)場實測，通過分析得到了槽式聚光鏡動力特性參數(shù)的實測結果，并將兩者的結果進行了對比分析，總體來說兩者所得結果吻合度較好，說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槽式聚光鏡進行瞬態(tài)分析，獲得了槽式聚光鏡位移峰值響應，所得結論是聚光鏡結構在離支撐結構較遠的邊緣部位位移峰值響應最大，進行聚光鏡結構設計時應加強此處的支撐結構剛度。此外，為了方便結構設計人員的使用，給出了典型工況下槽式聚光鏡結構代表測點的

8、風振系數(shù)。
　　(6)采用多階模態(tài)力法對槽式聚光鏡結構的風致響應了進行計算，并將所得結果與時域分析法得到的結果進行了對比，表明多階模態(tài)力法有計算代價小，計算精度高等優(yōu)點，故在設計應用中多階模態(tài)力法更適合用來計算槽式聚光鏡的風致響應和等效風荷載。最后給出了槽式聚光鏡鏡面等效風荷載的計算公式和槽式聚光鏡整體受力的計算公式，重點是給出了最不利工況下的鏡面上不同區(qū)域局部風載體型系數(shù)的取值及風振系數(shù)的建議取值，并在文章最后給出了槽式聚光鏡在