[发明专利]基于matlab的线性菲涅尔式聚光集热系统用复合抛物面聚光器的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合抛物面聚光器的建模方法，特别涉及一种基于matlab软件的线性菲涅尔式聚光集热系统用CPC（Compound Parabolic Concentrator：CPC）的建模方法。 

背景技术

理想的单管复合抛物面聚光器（Compound Parabolic Concentrator：CPC）CPC的结构如图1所示。A、B为两段关于CPC中心轴对称的抛物线，F_A和F_B分别为A和B的焦点，aF_A和bF_B分别与抛物线B和A的主轴平行，其夹角为CPC的最大接收角2θ_c。F_BC、CF_A为两段以吸热管外圆为基圆的渐开线，同样关于CPC中心轴对称。由圆的渐开线性质可知，从圆外任何方向射向圆的渐开线上的光线经反射后都投射到该圆上，因此它具有不用跟踪太阳也可以接收会聚光线的功能，提高了聚光器的光学效率。理想CPC的汇聚率为1。 

线性菲涅尔式聚光集热系统采用的太阳能真空集热管在镀有耐高温选择性吸收膜的金属内管外面套有玻璃外管，且由于安装需要，集热管玻璃外管须与CPC尖部保持一定距离，因此，理想CPC无法用 于实际（集热管紧贴尖部）。并且现有的设计无法进行光学仿真，进而无法实现优化设计，设计周期长、成本高。根据实际需要对复合抛物面聚光器建模极其重要，急需探索一种用于线性菲涅尔太阳能集热系统的CPC的建模方法。 

发明内容

本发明针对实际需要，发明了一种基于matlab的线性菲涅尔式聚光集热系统用复合抛物面聚光器的建模方法。复合抛物面聚光器中心轴对称，建模过程考虑其中一半即可，本发明只针对CPC左半边进行阐述。本发明的方法可以针对实际情况快速准确地建立CPC的模型，并且由于该模型是数学模型，可以在matlab环境下利用光线追踪法进行聚光效果的仿真。 

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于matlab的线性菲涅尔式聚光集热系统用复合抛物面聚光器的建模方法，其主要特点在于包括如下步骤： 

1）确定CPC的最大接收半角θ_c； 

2）以真空集热管金属内管外径圆为渐开线基圆，以其圆心O为原点建立直角坐标系，CPC左半段渐开线的参数坐标方程为： 

x＝-R(sint-tcost)  (1)； 

y＝R(cost+tsint)  (2)； 

其中，R为基圆半径，t为渐开线方程的参数。 

3）将渐开线以圆心O为中心旋转α，使得渐开线上t＝t₀的点C处 于CPC中心轴上，t₀满足如下方程： 

x(t0)2+y(t0)2=L+R---(3)]]>

其中，L为点C与集热管玻璃外管的距离MC和集热管玻璃外管与金属内管之间的距离MN之和。 

4）选取渐开线上的点为渐开线CF_B和抛物线A的结合点。因为渐开线和抛物线上该点的反射光线都垂直于CPC中心轴，可见此点处渐开线的斜率和抛物线的斜率相同，则结合点光滑。 

5）绕抛物线顶点将其旋转θ_c使其经过左结合点F_B，并且以右结合点F_A为焦点，求得抛物线方程为： 

((x-m)cosθ_c+(y-n)sinθ_c)²＝-2p[-(x-m)sinθ_c+(y-n)cosθ_c]  (4)