塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡風(fēng)壓與干擾效應(yīng)研究.pdf

1、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是一種集中式熱發(fā)電系統(tǒng)，其工作原理是利用多個(gè)獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將光線聚焦到固定在塔頂部的集熱器上，從而將光能轉(zhuǎn)化為熱能，并利用熱工介質(zhì)發(fā)電。其中，定日鏡是塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分之一。在實(shí)際使用中，由于太陽(yáng)方位角的變化，導(dǎo)致光線入射到定日鏡上的角度也不斷的發(fā)生變化，需實(shí)時(shí)調(diào)整鏡面板的角度(包括方位角和仰角)，以確保太陽(yáng)光準(zhǔn)確投射到集熱器上。另外，定日鏡往往采用獨(dú)立柱式結(jié)構(gòu)型式，它對(duì)于風(fēng)荷載具有較高的敏感性

2、，為保證其在正常風(fēng)速條件下穩(wěn)定工作，以及在強(qiáng)風(fēng)下不受破壞，針對(duì)定日鏡結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)研究就顯得非常重要。
　　為滿足發(fā)電需求，塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站需要收集大面積的太陽(yáng)光，定日鏡場(chǎng)往往由數(shù)量眾多的定日鏡組成。定日鏡群中的流場(chǎng)受到干擾，定日鏡的風(fēng)荷載會(huì)發(fā)生較大的變化，而我國(guó)考慮群體干擾的定日鏡抗風(fēng)研究還不夠深入。
　　進(jìn)行定日鏡抗風(fēng)研究，首先需要準(zhǔn)確獲知近地面風(fēng)場(chǎng)特性、定日鏡表面風(fēng)荷載分布以及干擾效應(yīng)，而我國(guó)目前在這些方面的研究較少，這

3、勢(shì)必阻礙我國(guó)太陽(yáng)能光熱事業(yè)的發(fā)展。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等方法，對(duì)塔式太陽(yáng)能定日鏡的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)、動(dòng)力特性參數(shù)、風(fēng)壓分布、整體風(fēng)荷載、干擾效應(yīng)等方面的問(wèn)題進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　(1)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，獲得了較長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)速數(shù)據(jù)，對(duì)近地的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果表明：離地10m高度范圍內(nèi)的Uz/U10相對(duì)穩(wěn)定；實(shí)測(cè)湍流度與歐、美、日等國(guó)家規(guī)范的湍流度建議值較為接近，

4、與我國(guó)規(guī)范取值差異較大；實(shí)測(cè)湍流積分尺度結(jié)果與多國(guó)規(guī)范值存在一定的差異；風(fēng)速豎向相關(guān)性的衰減系數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果與Davenport建議的衰減系數(shù)有明顯差異?；诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的風(fēng)特性參數(shù)的獲取，為后續(xù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確模擬提供了良好的前提條件。
　　(2)通過(guò)選取典型定日鏡，在鏡面板支撐部分和立柱部分布設(shè)多處測(cè)點(diǎn)，在某一固定測(cè)點(diǎn)處采用力錘激勵(lì)，輪流在其它測(cè)點(diǎn)拾振，基于最小二乘法擬合，獲得了多種仰角下的定日鏡的動(dòng)力特性參數(shù)。此外，采用ANSYS軟件

5、，對(duì)該型定日鏡進(jìn)行了數(shù)值模態(tài)分析。將數(shù)值模態(tài)分析結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的合理性，為后續(xù)定日鏡抗風(fēng)研究建立了基礎(chǔ)。
　　(3)通過(guò)在典型定日鏡上布設(shè)風(fēng)壓傳感器，并同步實(shí)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)壓，獲得了單個(gè)定日鏡多工況下的風(fēng)壓分布，并且分析了其規(guī)律和特征。分析結(jié)果表明：正立面迎風(fēng)前端測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)壓系數(shù)往往較大，后端位置測(cè)點(diǎn)的相對(duì)較小，背立面因支撐等存在使得風(fēng)壓分布較復(fù)雜；處于迎風(fēng)前緣測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)較大，后緣測(cè)點(diǎn)的脈

6、動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)值較??；對(duì)于偏度|SK|＞0.3的風(fēng)壓時(shí)程，采用三參數(shù)gamma分布比Gauss分布和Lognormal分布要合適?；诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的單個(gè)定日鏡風(fēng)壓結(jié)果的成功獲取，為后續(xù)驗(yàn)證風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠奠定了基礎(chǔ)，也同時(shí)填補(bǔ)了塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站定日鏡風(fēng)壓分布的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究空白。
　　(4)在風(fēng)洞中模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)風(fēng)場(chǎng)，進(jìn)行了定日鏡縮尺模型測(cè)壓實(shí)驗(yàn)，獲得了該型定日鏡的風(fēng)壓分布規(guī)律，并選取典型工況下所得結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和

7、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比表明：平均風(fēng)壓系數(shù)的對(duì)比結(jié)果吻合良好；受風(fēng)向角的變化影響，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的對(duì)比結(jié)果有一定差異，但二者的變化趨勢(shì)一致；風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的概率密度函數(shù)、測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓功率譜密度函數(shù)、相干函數(shù)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果總體較吻合。從而驗(yàn)證了風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，也為后續(xù)定日鏡研究提供了支持。
　　(5)通過(guò)對(duì)單個(gè)定日鏡模型的測(cè)壓試驗(yàn)及高頻動(dòng)態(tài)天平測(cè)力試驗(yàn)成果的分析，獲得了定日鏡的風(fēng)壓及整體風(fēng)荷載規(guī)律和特征，并和已有類似結(jié)構(gòu)的研究成果進(jìn)行了

8、比較。結(jié)果表明：實(shí)際風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)的準(zhǔn)確獲取對(duì)定日鏡設(shè)計(jì)參數(shù)的影響較大。在此基礎(chǔ)上，給出了適合我國(guó)定日鏡抗風(fēng)設(shè)計(jì)的體型系數(shù)、陣風(fēng)系數(shù)等參數(shù)的推薦值。
　　(6)對(duì)于鏡群中的定日鏡模型在考慮多種間距、多種布置方式的條件下進(jìn)行了測(cè)壓、測(cè)力風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，獲得了該型定日鏡在考慮鏡群干擾條件下風(fēng)壓及整體受力的規(guī)律和特征，進(jìn)而給出了在鏡場(chǎng)不同布置時(shí)該型定日鏡體型系數(shù)、陣風(fēng)系數(shù)、風(fēng)荷載的干擾因子推薦值。
　　本文的研究方法及成果，可為定日鏡場(chǎng)設(shè)