[发明专利]一种非成像碟式聚光器及其设计方法

摘要

本发明公开了一种非成像碟式聚光器的设计方法，包括以下步骤：建立全局坐标系；将腔体接收器安装在理想抛物碟式聚光器的焦点位置；建立非成像碟式聚光器的反射镜曲面的空间方程；建立各环反射镜面的聚焦光斑的半径模型；建立以能流均匀性为目标，以各段抛物母线的旋转角度为优化变量的数学模型；优化建立的数学模型，最终确定与腔体接收器匹配的非成像碟式聚光器的反射镜的曲面形状，获得均匀的能流分布。本发明的非成像碟式聚光器的反射镜由多环反射镜面组成，每环反射镜面的曲面方程均不相同，不仅能够显著地提升能流均匀性，还能降低局部聚光比的峰值，从而有效地避免高温热斑的形成，进而提升吸热器的工作寿命和可靠性。

主权项

1.一种非成像碟式聚光器的设计方法，其中非成像碟式聚光器包括网架、反射镜、立柱、双轴跟踪装置、支撑桁架和控制装置，所述双轴跟踪装置安装在立柱顶端，所述控制装置与双轴跟踪装置电连接，控制装置计算太阳的实时位置并控制双轴跟踪装置的转动，实现聚光器实时跟踪太阳位置；所述支撑桁架下端与双轴跟踪装置连接，所述网架中心与支撑桁架下端固定连接，反射镜安装在网架上，所述反射镜由多环反射镜面组成，每环反射镜面由多个沿圆周布置的镜面单元构成；每环反射镜面的曲面方程均不相同；/n各环反射镜面的生成过程为：在二维平面内，将理想抛物母线沿半径方向划分成K等分，即总共有K环反射镜面，然后将各段抛物母线绕其一个端点旋转一定角度，最后将各母线绕原来理想抛物曲线的焦轴旋转一周形成一个非成像碟式聚光器的反射镜；/n设计方法包括以下步骤：/n1)在理想抛物母线的顶点O位置建立全局坐标系O-xyz，其中z轴指向抛物曲面的焦点F，设定理想抛物母线的焦距、理想抛物碟式聚光器的半径、沿半径方向等分的数量以及反射镜的反射率；/n2)设定腔体接收器的几何参数和壁面反射或吸收参数，将腔体接收器安装在原来的理想抛物碟式聚光器的焦点位置，即腔体接收器的接收窗平面位于原来的抛物碟式聚光器的焦平面位置；/n3)将各段抛物母线绕其内端点旋转一定角度，建立新的非成像碟式聚光器的反射镜曲面的空间方程；/n新的非成像碟式聚光器的反射镜曲面的空间方程为：/n