塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡風壓與干擾效應研究.pdf

1、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是一種集中式熱發(fā)電系統(tǒng)，其工作原理是利用多個獨立跟蹤太陽的定日鏡，將光線聚焦到固定在塔頂部的集熱器上，從而將光能轉化為熱能，并利用熱工介質發(fā)電。其中，定日鏡是塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分之一。在實際使用中，由于太陽方位角的變化，導致光線入射到定日鏡上的角度也不斷的發(fā)生變化，需實時調整鏡面板的角度(包括方位角和仰角)，以確保太陽光準確投射到集熱器上。另外，定日鏡往往采用獨立柱式結構型式，它對于風荷載具有較高的敏感性

2、，為保證其在正常風速條件下穩(wěn)定工作，以及在強風下不受破壞，針對定日鏡結構的抗風研究就顯得非常重要。
　　為滿足發(fā)電需求，塔式太陽能熱發(fā)電站需要收集大面積的太陽光，定日鏡場往往由數量眾多的定日鏡組成。定日鏡群中的流場受到干擾，定日鏡的風荷載會發(fā)生較大的變化，而我國考慮群體干擾的定日鏡抗風研究還不夠深入。
　　進行定日鏡抗風研究，首先需要準確獲知近地面風場特性、定日鏡表面風荷載分布以及干擾效應，而我國目前在這些方面的研究較少，這

3、勢必阻礙我國太陽能光熱事業(yè)的發(fā)展。
　　針對上述問題，本文應用現(xiàn)場實測、風洞實驗等方法，對塔式太陽能定日鏡的風場特性參數、動力特性參數、風壓分布、整體風荷載、干擾效應等方面的問題進行了深入、系統(tǒng)的研究。本文主要研究內容及成果如下：
　　(1)基于現(xiàn)場實測，獲得了較長時間的風速數據，對近地的風場特性參數進行了詳細研究。結果表明：離地10m高度范圍內的Uz/U10相對穩(wěn)定；實測湍流度與歐、美、日等國家規(guī)范的湍流度建議值較為接近，

4、與我國規(guī)范取值差異較大；實測湍流積分尺度結果與多國規(guī)范值存在一定的差異；風速豎向相關性的衰減系數實測結果與Davenport建議的衰減系數有明顯差異。基于現(xiàn)場實測的風特性參數的獲取，為后續(xù)風洞實驗的準確模擬提供了良好的前提條件。
　　(2)通過選取典型定日鏡，在鏡面板支撐部分和立柱部分布設多處測點，在某一固定測點處采用力錘激勵，輪流在其它測點拾振，基于最小二乘法擬合，獲得了多種仰角下的定日鏡的動力特性參數。此外，采用ANSYS軟件

5、，對該型定日鏡進行了數值模態(tài)分析。將數值模態(tài)分析結果和現(xiàn)場實測結果進行比較，驗證了數值模擬結果的合理性，為后續(xù)定日鏡抗風研究建立了基礎。
　　(3)通過在典型定日鏡上布設風壓傳感器，并同步實測風速、風向、風壓，獲得了單個定日鏡多工況下的風壓分布，并且分析了其規(guī)律和特征。分析結果表明：正立面迎風前端測點平均風壓系數往往較大，后端位置測點的相對較小，背立面因支撐等存在使得風壓分布較復雜；處于迎風前緣測點的脈動風壓系數較大，后緣測點的脈

6、動風壓系數值較??；對于偏度|SK|＞0.3的風壓時程，采用三參數gamma分布比Gauss分布和Lognormal分布要合適?；诂F(xiàn)場實測的單個定日鏡風壓結果的成功獲取，為后續(xù)驗證風洞實驗結果的可靠奠定了基礎，也同時填補了塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡風壓分布的現(xiàn)場實測研究空白。
　　(4)在風洞中模擬現(xiàn)場實測時風場，進行了定日鏡縮尺模型測壓實驗，獲得了該型定日鏡的風壓分布規(guī)律，并選取典型工況下所得結果和現(xiàn)場實測結果進行比較。風洞實驗和

7、現(xiàn)場實測結果的對比表明：平均風壓系數的對比結果吻合良好；受風向角的變化影響，脈動風壓系數的對比結果有一定差異，但二者的變化趨勢一致；風洞實驗得到的概率密度函數、測點風壓功率譜密度函數、相干函數結果與現(xiàn)場實測結果總體較吻合。從而驗證了風洞試驗結果的可靠性，也為后續(xù)定日鏡研究提供了支持。
　　(5)通過對單個定日鏡模型的測壓試驗及高頻動態(tài)天平測力試驗成果的分析，獲得了定日鏡的風壓及整體風荷載規(guī)律和特征，并和已有類似結構的研究成果進行了

8、比較。結果表明：實際風場特性參數的準確獲取對定日鏡設計參數的影響較大。在此基礎上，給出了適合我國定日鏡抗風設計的體型系數、陣風系數等參數的推薦值。
　　(6)對于鏡群中的定日鏡模型在考慮多種間距、多種布置方式的條件下進行了測壓、測力風洞實驗，獲得了該型定日鏡在考慮鏡群干擾條件下風壓及整體受力的規(guī)律和特征，進而給出了在鏡場不同布置時該型定日鏡體型系數、陣風系數、風荷載的干擾因子推薦值。
　　本文的研究方法及成果，可為定日鏡場設