菲涅耳碟式聚光器性能分析與設(shè)計.pdf

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1、學(xué)校代碼:10286分類號:TK513密級:公開UDC:621.1學(xué)號:150365菲涅耳碟式聚光器性能分析與設(shè)計研究生姓名:李珂導(dǎo)師姓名:匡蕘副研究員申請學(xué)位類別工學(xué)碩士學(xué)位授予單位東南大學(xué)一級學(xué)科名稱動力工程及工程熱物理論文答辯日期2018年6月9日二級學(xué)科名稱新能源技術(shù)學(xué)位授予日期2018年6月20日答辯委員會主席黃護(hù)林評閱人王軍楊帆2018年6月11日碩士學(xué)位論文菲涅耳碟式聚光器性能分析與設(shè)計專業(yè)名稱:動力工程及工程熱物理研究生姓名:李珂導(dǎo)師姓名:匡蕘副研究員PERFORMANCEANALYSISANDDESIGNOFFRESNELDISHC

2、ONCENTRATORADissertation(Thesis)SubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLIKeSupervisedbyAssociatedProf.KUANGRaoSchoolofEnergy&EnvironmentSoutheastUniversityJune2018東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其

3、他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名:日期:東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》電子雜志社有限公司、萬方數(shù)據(jù)電子出版社、北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外,允許論文被查閱和借閱,可以公布(包括以電子

4、信息形式刊登)論文的全部內(nèi)容或中、英文摘要等部分內(nèi)容。論文的公布(包括以電子信息形式刊登)授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名:導(dǎo)師簽名:日期:摘要摘要對于太陽能中溫?zé)崂孟到y(tǒng),研發(fā)出具有價格競爭力的聚光集熱器是其能否得到應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。碟式聚光鏡群具有較高的余弦效率,沒有阻擋損失,鏡場光學(xué)效率卓越。而傳統(tǒng)的拋物碟式聚光器在加工、安裝調(diào)試,或能流密度的均勻性方面均存在一定缺陷,使得碟式系統(tǒng)的成本一直居高不下?;谝陨媳尘?,本文提出了一種快速定姿的菲涅耳碟式聚光器的模型和定姿算法,成本低、顯著簡化了聚光器安裝時的調(diào)光過程,可靈活布置利用碎片化閑散空間建

5、設(shè)分布式可再生能源系統(tǒng)。論文主要從以下幾個方面展開了理論分析與探索:(1)提出了菲涅耳碟式聚光器鏡面模型,以多圈環(huán)形陣列排布的平面子鏡替代拋物型鏡面,解決了碟式聚光器對鏡面特殊制造需求而帶來的高成本問題。對菲涅耳碟式聚光器,分析子鏡尺寸、圈數(shù)、子鏡數(shù)目對聚光器性能的影響。結(jié)果表明:聚光器半徑一定時,子鏡尺寸越小,圈數(shù)越多,幾何聚光比越高,并且聚光比隨圈數(shù)增加的速度越快,但是成本也相應(yīng)增加。(2)提出了一種快速確定菲涅耳碟式聚光器子鏡姿態(tài)的算法,計算出各圈子鏡的最佳內(nèi)傾角,使該圈子鏡在焦平面上形成的焦斑半徑達(dá)到最小值。認(rèn)為當(dāng)子鏡中心點(diǎn)反射太陽光錐所形成

6、的焦斑半徑為最小值時,該圈子鏡在焦平面上形成的焦斑其半徑也達(dá)到最小值,即我們可通過子鏡中心點(diǎn)的反射光束大小來確定各圈子鏡的最佳內(nèi)傾角。(3)分析菲涅耳碟式聚光器焦平面上的能流密度分布特征,TracePro光學(xué)軟件模擬不同傾斜角、吸熱器高度下,各圈子鏡的焦斑變化,焦斑仿真分析結(jié)果驗(yàn)證了算法的正確性。對已經(jīng)得到的焦平面能流密度進(jìn)行性能分析。當(dāng)吸熱器高度為1349mm時,焦平面上98.7%能量分布在半徑為112mm范圍內(nèi),能量分布相對均勻。(4)對菲涅耳碟式聚光器的支撐結(jié)構(gòu)以及反射鏡面的調(diào)焦系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計。只需要在初始狀態(tài)時,保證所有平面子鏡精確調(diào)整在同

7、一平面內(nèi),聚光器就能夠同步完成所有子鏡傾角設(shè)置,而不是各子鏡傾角逐面設(shè)置,實(shí)現(xiàn)聚光器的快速精準(zhǔn)調(diào)姿。調(diào)姿完成后,調(diào)焦桿件拆除,同一套調(diào)焦機(jī)構(gòu)可多次重復(fù)使用,成本降低。關(guān)鍵詞:碟式聚光器;菲涅耳;快速裝配;定姿算法;能流密度分布IAbstractAbstractThedevelopmentofaprice-competitiveconcentratingcollectoristhekeytoitsapplicationforthemedium-temperaturesolarthermalutilizationsystem.Theopticaleffi

8、ciencyofdishconcentratingmirrorfieldisexcellentwithhig

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