[发明专利]风载作用的碟式光热系统吸热器表面能流分布预测方法

摘要

本发明公开了一种风载作用的碟式光热系统吸热器表面能流分布预测方法，包括如下步骤：1）计算机架结构未变形时，聚光器各反射镜面、吸热器等安装节点的空间坐标，并对反射镜面划分网格微元；2）针对用户要求选取风速，计算聚光器各反射镜面、吸热器等安装节点位置的变形；3）计算机架结构承载后各反射镜面内各网格中心的空间坐标和法线向量；4）计算机架承载变形后吸热器腔体的热管和反射锥的曲面方程，并对曲面划分网格；5）统计吸热器腔体各网格接收的总能量和表面积，得到能流分布。本发明能够对碟式系统的吸热器腔体能流分布进行预测，还可以对碟式光热系统的机架结构设计和吸热器腔体的设计提供指导。

主权项

一种风载作用的碟式光热系统吸热器表面能流分布预测方法，包括如下步骤：(1)基于机架未变形前的结构和聚光器反射镜面的抛物线曲面，计算聚光器各反射镜面的四个安装节点的空间坐标向量Aij、Bij、Cij、Dij，下标i为聚光器反射镜的周向分区编号，j为径向分区编号；对聚光器的采光区域采用正方形域包络，对正方形域划分为K×M个等面积的网格微元，其中：K＝M，并计算各网格中心的空间位置向量p0和法线向量Np0，且判断各网格所在的镜面单元编号；(2)根据用户要求选取风速，由计算流体力学理论或风洞实验得到机架结构的风载荷，并根据胡克定律计算反射镜面、吸热器等安装节点位置变形与载荷的关系：ε＝[K]‑1·[P]式中，ε为机架结构因受重力和风载荷作用而偏离机架未变形前的位置的位移；[K]为机架结构的刚度矩阵；[P]为载荷矩阵，由重力载荷和风载荷组成；(3)计算机架结构承载变形后各反射镜面内各网格中心的空间位置向量和法线向量，根据反射镜面安装节点的变形，由刚体运动几何理论得到的机架承载后反射镜面内各网格中心位置的空间坐标为：p1＝p0·R1(i,j)+Move(i,j)得到的各网格中心点法线向量为：Np1＝Np0·R1(i,j)式中，R1(i,j)是编号为ij的反射镜面单元内任意网格中心点的空间位置旋转作用矩阵；Move(i,j)是编号为ij的反射镜面单元内任意网格中心点空间位置的平移作用矩阵；(4)根据步骤(2)计算的吸热器安装位置的变形，由刚体运动几何理论计算吸热器腔体的热管和反射锥的曲面方程，并对曲面划分网格；(5)基于太阳光锥能量模型，将反射镜面内各网格中心的太阳入射光锥进行离散，根据光线跟踪理论和镜面反射定律，计算所有太阳入射光线经聚光器反射镜面内各网格中心的反射光线参数方程，计算反射光线与吸热器的热管和反射锥曲面的有效交点，并确定该交点所在的网格区域，且将光线携带的能量赋值给该网格区域；然后，统计吸热器腔体曲面各网格接收的总能量，并计算各网格区域的表面积，得到热管和反射锥曲面的能流分布。