【摘要】：碟式太陽(yáng)能聚光器是一種非流線型結(jié)構(gòu)的碟狀板,它有較大的空間尺寸和迎風(fēng)面積,對(duì)風(fēng)載荷極為敏感,且其結(jié)構(gòu)多種多樣,但都存在明顯不足,如聚光器結(jié)構(gòu)剛度和抗風(fēng)載荷強(qiáng)度不足。碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)大都在露天環(huán)境中運(yùn)行,風(fēng)載荷可能導(dǎo)致聚光器變形或產(chǎn)生異常振動(dòng)。聚光器在工作過(guò)程中,如果激振頻率與其自然頻率接近時(shí),系統(tǒng)便會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象,造成結(jié)構(gòu)破壞;當(dāng)風(fēng)載荷過(guò)大時(shí),聚光器結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生位移變形,嚴(yán)重的風(fēng)致響應(yīng)還會(huì)對(duì)聚光器鏡面造成擠壓破壞。為了避免聚光器在風(fēng)載荷作用下發(fā)生共振與破壞,本文對(duì)聚光器進(jìn)行了振動(dòng)特性分析和風(fēng)載荷分析。本文首先以25KW碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光器為研究對(duì)象,在已知參數(shù)的基礎(chǔ)上,利用ANSYS軟件建立聚光器結(jié)構(gòu)的三維模型,然后詳細(xì)討論了聚光器結(jié)構(gòu)中單元類型的選取,網(wǎng)格的劃分原則以及對(duì)模型的合理簡(jiǎn)化,用梁?jiǎn)卧�、�?shí)體單元和殼單元,建立了供有限元分析計(jì)算的碟式太陽(yáng)能聚光器有限元模型。其次,對(duì)碟式太陽(yáng)能聚光器的振動(dòng)特性進(jìn)行分析。為了避免碟式太陽(yáng)能聚光器在風(fēng)載荷作用下發(fā)生共振,需研究其振動(dòng)特性,并通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)以提高聚光器結(jié)構(gòu)的剛度。對(duì)碟式太陽(yáng)能聚光器進(jìn)行模態(tài)分析,得到聚光器前十階自然頻率和固有振型,根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果,針對(duì)聚光器振動(dòng)特性和危險(xiǎn)區(qū)域,對(duì)聚光器結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)方案,并對(duì)改進(jìn)后的聚光器結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,改善聚光器的結(jié)構(gòu)剛度和振動(dòng)特性,確保碟式太陽(yáng)能聚光器在風(fēng)載荷作用下不會(huì)發(fā)生共振。再者,研究風(fēng)載荷作用下的碟式太陽(yáng)能聚光器流場(chǎng)特性和表面風(fēng)壓分布。運(yùn)用Gambit軟件建立聚光器計(jì)算域模型,利用連續(xù)方程和動(dòng)量方程對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行理論分析,并采用Fluent軟件對(duì)碟式太陽(yáng)能聚光器計(jì)算域進(jìn)行風(fēng)載荷數(shù)值仿真計(jì)算,分析不同高度角和方位角下聚光器的流場(chǎng)特性及表面風(fēng)壓分布。該仿真結(jié)果不僅為之后的單向流固耦合強(qiáng)度分析奠定基礎(chǔ),而且為碟式太陽(yáng)能聚光器的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。最后,利用ANSYS軟件并結(jié)合改進(jìn)后的聚光器結(jié)構(gòu)和風(fēng)壓分析結(jié)果,對(duì)不同高度角和方位角下的碟式太陽(yáng)能聚光器進(jìn)行了風(fēng)載荷靜力分析,將Fluent軟件計(jì)算得到的不同高度角和方位角下的聚光器表面風(fēng)壓直接導(dǎo)入到ANSYS軟件,然后對(duì)其進(jìn)行單向流固耦合靜強(qiáng)度分析,得到聚光器在風(fēng)載荷作用下不同工況的位移變形和應(yīng)力分布,確定最危險(xiǎn)區(qū)域和最優(yōu)避風(fēng)姿勢(shì)。本文利用ANSYS軟件和Fluent軟件對(duì)碟式太陽(yáng)能聚光器結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析、流場(chǎng)分析和單向流固耦合靜力分析,對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性、流場(chǎng)特性和抗風(fēng)載荷強(qiáng)度進(jìn)行分析,充分認(rèn)識(shí)振動(dòng)特性、流場(chǎng)特性和抗風(fēng)載荷強(qiáng)度特性,防止聚光器發(fā)生共振,確定聚光器最優(yōu)避風(fēng)工況和最差避風(fēng)工況,確定風(fēng)載荷作用下聚光器危險(xiǎn)區(qū)域和薄弱點(diǎn),了解聚光器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可能會(huì)有的應(yīng)力和變形情況,不僅為碟式太陽(yáng)能聚光器的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考,而且也為后續(xù)開(kāi)展碟式太陽(yáng)能聚光器的優(yōu)化提供重要的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK513.1

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