本文關(guān)鍵詞：大型碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)機(jī)架風(fēng)載荷特性及風(fēng)振響應(yīng)研究

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【摘要】：碟式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)是涉及太陽(yáng)輻射的光場(chǎng)、碟式機(jī)架的機(jī)械場(chǎng)以及吸熱器腔體的熱場(chǎng),是光-機(jī)-熱多場(chǎng)多過(guò)程的耦合系統(tǒng)。其中,碟式機(jī)架是實(shí)現(xiàn)聚光器反射鏡面幾何“保型”和吸熱器位置保持的載體,風(fēng)載作用可能引起機(jī)架位移響應(yīng)過(guò)大,而導(dǎo)致系統(tǒng)聚光性能下降、鏡面破裂或更為嚴(yán)重的停機(jī)情況。因此,開(kāi)展碟式機(jī)架風(fēng)載荷特性及風(fēng)振響應(yīng)研究是尤為重要的。本文以研制的25KW級(jí)碟式機(jī)架為對(duì)象,研究單體機(jī)架和雙機(jī)架群體干擾的風(fēng)載荷及繞流特性;將線性濾波法與有限元技術(shù)相結(jié)合,開(kāi)展了典型工況的碟式機(jī)架風(fēng)振時(shí)域響應(yīng)研究。具體研究?jī)?nèi)容包括:首先,基于Fluent6.3軟件平臺(tái),選用Reynolds時(shí)均的Realizable k-ε湍流模型,開(kāi)展了復(fù)雜碟式機(jī)架三維定常風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬。應(yīng)用帶圓柱內(nèi)域分區(qū)的多風(fēng)向角建模方法,建立了滿足流場(chǎng)充分發(fā)展和網(wǎng)格獨(dú)立解的計(jì)算域模型,模擬得到了45組工況的總風(fēng)載荷、鏡面風(fēng)壓分布及繞流特性等結(jié)果。分析了風(fēng)載荷隨工況的變化規(guī)律,并將載荷曲線同拋物雷達(dá)天線風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定性對(duì)比分析,驗(yàn)證了結(jié)果的合理性。采用因次方法探討了反射鏡面風(fēng)載荷占機(jī)架總風(fēng)載荷的比值,給出了反射鏡面分區(qū)的體型系數(shù)分布及載荷極值,分析了流場(chǎng)繞流特性揭示了風(fēng)載荷產(chǎn)生的機(jī)制。其次,根據(jù)單體機(jī)架的風(fēng)載研究成果,選取了單體機(jī)架中三種最不利風(fēng)載工況,基于Fluent6.3平臺(tái)開(kāi)展了兩機(jī)架基本布置形式(串列、并列和斜列)和布置間距對(duì)機(jī)架風(fēng)載荷的干擾效應(yīng)研究,獲得了各布置工況的下游受擾機(jī)架靜風(fēng)載荷干擾因子,分析了干擾因子隨布置形式和間距的變化規(guī)律,通過(guò)流場(chǎng)流線分布探討了機(jī)架風(fēng)載荷干擾的產(chǎn)生機(jī)制。研究表明,串列布置的下游受擾機(jī)架靜風(fēng)載荷干擾因子均小于1.0表現(xiàn)為“遮擋效應(yīng)”,而上游施擾機(jī)架的風(fēng)載荷趨于單體情況。斜列布置的干擾效應(yīng)也均表現(xiàn)為“遮擋效應(yīng)”,但較串列干擾弱。并列布置的兩機(jī)架中間有形成“狹縫效應(yīng)”,但效果不明顯。而后,闡述了復(fù)雜碟式機(jī)架有限元模型的簡(jiǎn)化及構(gòu)建方法,基于Ansys 12.0平臺(tái)建立了適于瞬態(tài)動(dòng)力分析的機(jī)架有限元模型。通過(guò)整機(jī)結(jié)構(gòu)靜風(fēng)承載和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的分析,指出了高度角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足并予以改進(jìn),對(duì)比分析了機(jī)構(gòu)改進(jìn)前后機(jī)架多高度角工位的自振特性,為機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)分析提供了依據(jù)。最后,基于線性濾波法,編制Mtalab程序計(jì)算了機(jī)架25組典型工況的脈動(dòng)風(fēng)載荷(平均風(fēng)速16.0m/s),求解了高度角機(jī)構(gòu)改進(jìn)的機(jī)架結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)域響應(yīng)。分析了機(jī)架位移控制節(jié)點(diǎn)的位移響應(yīng)均方根和峰值的分布特性,并對(duì)控制節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程進(jìn)行了頻譜分析,探討了機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)中振型參與和貢獻(xiàn)的問(wèn)題,給出了各工況機(jī)架控制節(jié)點(diǎn)的位移風(fēng)振系數(shù)。研究表明,機(jī)架風(fēng)振響應(yīng)是以脈動(dòng)風(fēng)載的強(qiáng)迫振動(dòng)為主,并伴有多階振型參與的共振響應(yīng),機(jī)架振動(dòng)主要為機(jī)架視日部分繞高度角軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)架控制節(jié)點(diǎn)的位移峰值和位移均方根的分布特性相似,均以沿聚光器焦軸方向的響應(yīng)分量占主導(dǎo)地位。通過(guò)本文較系統(tǒng)的研究,確定了碟式機(jī)架的風(fēng)載荷分布及作用機(jī)制,明確了機(jī)架結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要點(diǎn),為后續(xù)機(jī)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化及振動(dòng)控制研究提供基礎(chǔ),也為碟式電站的機(jī)架群體抗風(fēng)布置提供了依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM615

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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本文編號(hào)：1185541